Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại với năng suất 2000kg sản phẩmngày.

LỜI MỞ ĐẦU  Axit glutamic là một loại axit amin có thể tổng hợp trong cơ thể con người, và thường thấy trong cơ thể động vật, thực vật dưới các dạng khác nhau. Do axit glutamic và các dẫn xuất có đặc tính riêng, chúng được dùng rộng rãi trong trị bệnh, bổ sung sinh trưởng cho thực vật. Axit glutamic có công thức phân tử: HOOC CH2 CH2 ¬ CH COOH NH2Axit glutamic có trọng lượng phân tử 147,13. Nhiệt độ nóng chảy là 247 – 249oC. Có tính chất là hoà tan trong nước, hầu như không tan trong cồn, ete và một số dung môi.Axit glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học và thực phẩm. Trong cơ thể người và động vật, axit glutamic có thể tham gia chức năng tổng hợp nên các amino axit khác như alanin, lơsin, cystein, oxyprolin…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, 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 thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số về tim, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan. Axit glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hoá chất quan trong, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm. Một số dẫn xuất của L – axit glutamic như acetyl glutamic được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây nên.Trong công nghiệp thực phẩm, muối của axit glutamic là monoglutamat natri làm chất điều vị rất quan trọng mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm ngon hơn.4, tr1 Axit glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon. Đó 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. Tuy nhiên hiện nay ở nước ta vẫn chưa có nhà máy nào chính thức đi vào sản xuất axit glutamic để cung cấp ra thị trường.Vì vậy với tầm quan trọng của axit glutamic, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên tôi chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại với năng suất 2000kg sản phẩmngày.

LỜI MỞ ĐẦU 

Axit glutamic là một loại axit amin có thể tổng hợp trong cơ thể con người,

và thường thấy trong cơ thể động vật, thực vật dưới các dạng khác nhau Do axitglutamic và các dẫn xuất có đặc tính riêng, chúng được dùng rộng rãi trong trị bệnh,

bổ sung sinh trưởng cho thực vật

Axit glutamic có công thức phân tử:

HOOC - CH2 - CH2 - CH - COOH

NH2

Có tính chất là hoà tan trong nước, hầu như không tan trong cồn, ete và một số dungmôi

Axit glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học và thực phẩm.Trong cơ thể người và động vật, axit glutamic có thể tham gia chức năng tổng hợpnên các amino axit khác như alanin, lơsin, cystein, oxyprolin…nó tham gia vào

thể Nó chiếm phần lớn thành phần protein, phần xám của não, đóng vai trò quantrọng 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 thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trínhớ, sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số về tim, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan Axitglutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hoá chấtquan trong, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm Một số dẫn xuất của L– axit glutamic như acetyl glutamic được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển dodầu hỏa và dầu thực vật gây nên

Trong công nghiệp thực phẩm, muối của axit glutamic là monoglutamat natrilàm chất điều vị rất quan trọng mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm

Axit glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồncacbon Đó là một trong những ứng dụng của công nghệ sinh học vào trong sảnxuất Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa lớn lao về xử lýmôi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công nghiệp khác Tuynhiên hiện nay ở nước ta vẫn chưa có nhà máy nào chính thức đi vào sản xuất axitglutamic để cung cấp ra thị trường.

Vì vậy với tầm quan trọng của axit glutamic, để đáp ứng nhu cầu trong nước

và tiến tới xuất khẩu, nên tôi chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

hiện đại với năng suất 2000kg sản phẩm/ngày.

CHƯƠNG 1LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Đặc điểm thiên nhiên.

Địa điểm xây dựng nhà máy nằm trên mặt bằng giải toả của khu công nghiệpTịnh Phong và nằm sát quốc lộ 1A, với mặt bằng khá bằng phẳng nên thuận lợi choviệc xây dựng nhà máy

Về khí hậu, Quảng Ngãi là tỉnh có khí hậu tương đối ổn định, phân làm haimùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Gió chủ đạo: mùa đông - gió Đông Bắc; mùa hè

ở mức 85% [15]

1.2 Vùng nguyên liệu.

Quảng Ngãi có nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất Có nhàmáy đường tại khu công nghiệp Quảng Phú và nhà máy đường tại Phổ Phong huyệnĐức Phổ cung cấp lượng rỉ đường cần thiết và có nhà máy tinh bột sắn tại huyệnSơn Tịnh Đây là điều kiện thuận lợi nhất để Quảng Ngãi xây dựng nhà máy sản

1.3 Hợp tác hoá.

Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp Tịnh Phong nên các điều kiện về hợp táchoá giữa các nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi và sử dụng chung các côngtrình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông….vv Nhờ đó sẽgiảm thiểu vốn đầu tư ban đầu

1.4 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu.

Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia Ngoài ra để đảm bảocho quá trình sản xuất được liên tục thì nhà máy còn trang bị máy phát điện dựphòng

Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng lấy từ lò hơi riêng của nhà máy.Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO được mua từ các trạm xăng dầu trong tỉnh

1.5 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước.

Nguồn cung cấp nước cho nhà máy chủ yếu từ nhà máy nước của khu côngnghiệp

1.6 Giao thông vận tải.

Quảng Ngãi nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông của hai miền NamBắc Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế Do đó thuận lợi cho việc vận chuyểnnguyên liệu và sản phẩm Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ,đường thuỷ là điều kiện rất thuận lợi về giao thông

1.7 Thoát nước.

Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các chất hữu cơ là môi trường pháttriển của vi sinh vật, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sinhthái Vì vậy, nước thải nhà máy sau khi qua hệ thống xử lý được đưa ra hệ thốngcống 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 Quảng Ngãi và các địa phương lân cận Cán bộquản lý và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận về từ các trường Đại học thuộc khuvực Miền Trung Mặt khác với mức độ đô thị hoá hiện nay thì lượng lao động vãn

lai rất dồi dào Từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ Thị trường tiêu thụ đượcchọn là thị trường cho cả nước.

Kết luận: tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây

dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyệnSơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi

CHƯƠNG 2TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT AXIT GLUTAMIC



2.1 Lịch sử phát hiện.

Cách đây hàng trăm năm người Nhật bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm,

họ phát hiện ra loại rong lá Vào thời ấy, hoạt chất của loại rong lá làm thức ăn cóhương vị đậm đà (do axit glutamic) chưa được nhận diện Vào năm 1860 nhà khoahọc Ritthaussen ở Đức xác định thành phần các protein động vật, đặt biệt là thànhphần các axit amin, trong đó có một axit amin với tên gọi là axit glutamic

Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn cómùi vị ngon đó là Ikeda Ông đã khám phá ra hoạt chất trích từ rong biển đó làmonosodium glutamate, đây là một muối của axit glutamic

Năm 1957, Kinosita đã phát hiện ra vi khuẩn Corynebacterium glutimicum

có khả năng sinh tổng hợp axit glutamic Từ đó hàng loạt nhà máy sản xuất axitglutamic ra đời

2.2 Nguyên liệu sản xuất axit glutamic [5, tr24-25]

Nguyên liêụ giàu gluxit: tinh bột, rỉ đường, glucoza, sacaroza v.v…

2.2.1 Tinh bột sắn

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn Có hai loại sắn:sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua Sắn đắng cónhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/kg.Sắn ngọt có ít xyanhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm Sắntrồng ở các tỉnh phía bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kỹ thuậtchế biến sắn Tinh bột sắn thường có các thành phần sau:

Tinh bột : 83 ÷ 88%

Nước : 10,6 ÷ 14,4%

Xenluloza : 0,1 ÷ 0.3%

Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin vàamiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4: 1 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằmtrong khoảng 60 ÷ 800 C.

2.2.2 Rỉ đường mía.

Rỉ đường là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đườngkết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc cào giống mía, điều kiệntrồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường

Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%; các chất phi đường 10%;nước 20%

- Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng tháiliên kết dưới dạng hydrat

- Đường trong rỉ đường bao gồm: 25 ÷ 40% saccaroza; 15 ÷ 25% đường khử(glucoza và fructoza); 3 ÷ 5% đường không lên men được

Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc một lượng nhất định sacaroza bị biếnthành chất tương tự như dextrin do tác dụng của nhiệt Chất này có tính khử nhưngkhông lên men được và không có khả năng kết tinh

Đường nghịch đảo của rỉ đường bắt bắt nguồn từ mía và từ sự thủy phânsaccaroza trong quá trình chế biến đường Tốc độ phân giải tăng lên theo chiều tăngcủa nhiệt độ và độ giảm của hay tăng của pH tùy theo thủy phân băng kiềm hayaxit

Sự phân giải saccaroza thành glucoza và fructoza vừa là sự mất mát

axit hữu cơ và hợp chât màu dưới điều kiện thích hợp Trong môi trường kiềm,fructoza có thể biến thành axit lactic, fufurol, oxymetyl, trioxyglutaric,

amin, pectit bậc thấp của dung dịch đường để tạo nên hợp chất màu Tốc độ tạomelanoidin phụ thuộc vào rỉ đường rất thấp ở pH = 4,9 và rỉ đường rất cao ở pH =

9 Trong rỉ đường còn có trisacarit hay polysacarit Trisacarit gồm có một molglucoza và 2 mol fructoza Polysacarit gồm dextran và levan Những loại đường nàykhông có trong nước mía và được các vi sinh vật tạo nên trong quá trình chế biếnđường

2.3 Các phương pháp sản xuất axit glutamic [4,tr2-8]

Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiềutrong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu, cà rốt,rong biển…

Có nhiều phương pháp để sản xuất axit glutamic, từ các nguồn nguyên liệu khácnhau Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản

2.3.1 Phương pháp hoá học.

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hoá học để tổng hợp nênaxit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu mỏ hay cácngành khác Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thực hiện ở những nước có côngnghiệp dầu mỏ phát triển và yêu cầu kỹ thuật cao Măt khác sản xuất bằng conđường này tạo ra một hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic, việc tách L-axitglutamic ra khỏi lại khó khăn nên giá thành sản phẩm cao

Do nhược điểm như vậy phương pháp này ít dùng ở các nước

2.3.2 Phương pháp thuỷ phân.

Vào thế kỉ XIX người ta dùng phương pháp này để thu nhận axit glutamic.Phương pháp này sử dụng các tác nhân là các hoá chất hoặc enzyme để thuỷphân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao để tạo ra hỗn hơp các aminoaxittrong đó có axit glutamic Sau đó bằng phương pháp hoá lý tách axit glutamic rakhỏi hỗn hợp

- 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

+ Sử dụng nhiều thiết bị, hoá chất, thiết bị chống ăn mòn

+ Hiệu suất thấp, đưa đến giá thành cao

2.3.3 Phương pháp kết hợp

Đây là phương pháp kết hợp giữa phương pháp hoá học và lên men Vớiphương pháp này tuy mang lại hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi về kĩ thuật và trangthiết bị hiện đại và chính xác Vì vậy không thích hợp trong sản xuất công nghiệp,chỉ dùng cho nghiên cứu

2.3.4 Phương pháp lên men (sinh tổng hợp).

Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay để sản xuất axit glutamic.Phương pháp này dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axitglutamic để sản xuất

- Ưu điểm: + Nguyên liệu rẻ hơn so với hai phương pháp trên

+ Ít sử dụng hoá chất, thiết bị chống ăn mòn

+ Hiệu suất quá trình rất cao, giá thành hạ

+ Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau + Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao

- Nhược điểm: + Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt

+ Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm

+ Khó điều khiển được được quá trình

Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men trực tiếp

2.3.4.1 Phương pháp lên men hai giai đoạn.

Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra axit α_Ketoglutaric bằngKetoglutaric bằngcác kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó chuyển hoá axit α_Ketoglutaric bằngKetoglutaric

- Giai đoạn chuyển từ axit α_Ketoglutaric bằngKetoglutaric thành axit glutamic có thể sử

dụng nhiều chủng khác nhau như: Pseudomonas, XantonomasErvinia, Bacillus,

Micrococus Với môi trường cho trước cho phép ta tạo ra axit glutamic mà không

tích luỹ axit α_Ketoglutaric bằngKetoglutaric lượng lớn trong môi trường

Có thể biểu diễn giai doạn chuyển axit α_Ketoglutaric bằngKetoglutaric thành axit glutamicđược thực hiện qua hai kiểu phản ứng sau:

Enzyme aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rửa

như Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus…

Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và axit aminlàm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp

2.3.4.2 Phương pháp lên men trực tiếp.

Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất axit glutamicngay trong dịchnuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc

men Phương pháp này xây dựng trên cơ sở nuôi cấy các vi khuẩn này trong môitrường dinh dưỡng chứa đường, urê và một số muối khoáng khác Đây là phươngpháp có nhiều ưu điểm nên hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp

2.4 Các sản phẩm của quá trình lên men [5 tr120-121] 2.4.1 Sản phẩm chính.

Phương trình tổng quát của quá trình tạo Axit glutamic từ glucoza hay axetat

và NH3 được biểu diễn như sau:

Glucoza + NH3 + 1,5O2 Axit glutamic + CO2 + 3H2O

3 Axetat + NH3 + 1,5O2 Axit glutamic + CO2 + 3H2O

Sản phẩm chính là axit glutamic và CO2 Ở đây theo lý thuyết, hiệu suấtchuyển hoá glucoza hay axetat thành axit glutamic đều là 81,66% nhưng ngày naytùy theo điều kiện sản xuất và phương thức lên men hiệu suất chuyển hoá chỉ là 45

÷ 50% trong sản xuất và 55 ÷ 57% giống tự nhiên hay 61 ÷ 62% từ giống đột biếntrong nghiên cứu ở phòng thí nghiệm

2.4.2 Sản phẩm phụ.

2.4.2.1 Axit lactic

Trong điều kiện tối ưu, axit glutamic sinh ra là chủ yếu Nếu chệch khỏi điều

kiện này thì Corynebacterium glutamicum sẽ tạo axit lactic thay vì tạo axit

glutamic Có hai lý do cơ bản là quá dư thừa biotin hoặc quá ít oxy hoà tan Đôi khi

men axit glutamic thành quá trình lên men axit lactic như đã xảy ra với

B.divaricatum.

2.4.2.2 Axit sucxinic: Cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoặc

thiếu oxy hoà tan

2.4.2.3 Axit α- xetoglutaric.

Mọi quá trình sinh tổng hợp đều có phản ứng tạo axit glutamic từ xetoglutaric nhờ xúc tác của hai hệ thống enzim transaminaza và axit glutamic –

yếu thì phản ứng trên không thực hiện được và α- xetoglutaric bị tích tụ ngày mộtnhiều trong môi trường thay vì axit glutamic

2.4.2.4 Sản phẩn khác: glutamin, alanin, L- acetylglutamin, aspatic

2.5 Chủng vi sinh vật [4tr 9 ]

Các chủng sản xuất axit glutamic thuộc những nhóm phân loại rất khác nhaunhư vi khuẩn Streptomyces, nấm men và nấm mốc

Các chủng Corynebacterrium glutamicum (Micrococcus glutamic) loại vi khuẩn

này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1957 do công ty

ít nhất 30g/l thuộc các chi Corynebacterium, Brevibacterium, Microbacterrium, hoặc Athrobacter.

2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành axit glutamic [5,tr 97-101]

2.6.1 Nguồn cacbon.

Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của Axitglutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp củachúng Có bốn dạng nguồn cacbon đã được dùng để lên men axit glutamic Đó làcacbon hydrat, cacbua hydro, cồn và axit hữu cơ Trong đó cacbon hydrat đượcdùng rộng rãi nhất

Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp axit glutamic.Kinato và các cộng sự đã khảo sát rất kỹ vấn đề này Các tác giả chỉ ra rằng trongphạm từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men axit glutamic càngthấp, hàm lượng axit glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxyhoá glucoza và α-xetoglutaric decacboxylaza cang cao

2.6.2 Nguồn nitơ.

Cung cấp nitơ cho quá trình len men axit glutamic là rất quan trọng bởi vìnitơ cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tửaxit glutamic Người ta thưòng dùng các loại muối chứa NH4 như NH4Cl,(NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, NH4OH hay khí NH3 hoặc urê làm nguồn cungcấp cacbon

2.6.3 Nguồn muối vô cơ khác.

Các ion vô cơ cần ch sinh trưởng và tích luỹ axit glutamic Sự có mặt của

, Mg+2 , Fe+2 , Mn2+

, SO4+2, PO4+3 Liều lượng thườngđược dùng như sau:

2.6.4 Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng.

Chất điều hoà sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men axitglutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin Để có hiệu suất lên men cao nồng độbiotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng Nồng độ biotin thíchhợp nhất cho việc sinh tổng hợp axit glutamic là 2 ÷ 5 μg/l môi trường Biotin quyếtg/l môi trường Biotin quyếtđịnh sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép axit glutamicthấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hoá

cơ chất tạo nên axit glutamic

2.6.5 Ảnh hưởng của pH.

pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo axit glutamic của vi khuẩn sinh axitglutamic là trung tính hoặc kiềm yếu ở Ph = 6,7÷8 Trong suốt quá trình lên menmôi trường luôn có xu hướng trở nên axit do sự hình thành axit glutamic và các axit

Nguồn NH4 sử dụng phổ biến là: urê, nước NH3, khí NH3, NH4Cl,

2.6.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình lên men là 26 ÷ 37 0C, trong thực tế lênmen giai đoạn đầu ở 30 ÷ 32 0C và giai đoạn cuối là 36 ÷ 37 0C

2.6.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn.

Sự cung cấp oxy và khuấy trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng

Nó nhằm hai mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới

axit glutamic của vi khuẩn

CHƯƠNG 3CHỌN VÀ THIẾT MINH QUI TRÌNH SẢN XUẤT



3.1 Qui trình sản xuất axit glutamic.

Qua tham khảo tài liệu của công ty Ajnomoto và một số tài liệu như côngnghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, giáo trình sản xuất axitamin Tôi đưa ra qui trình sản xuất axit glutamic cho nhà máy như sau:

3.2 Thuyết minh qui trình

3.2.1 Xử lí nguyên liệu rỉ đường

Rỉ đường là nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm Hàm lượng biotin cao thuận lợi choquá trình sinh tổng hợp của vi sinh vật Rỉ đường có thành phần các chất như sau:

Axit hoá và kết tinh(pH=3,22)

Ly tâm Lọc Tinh thể axit glutamic

Sấy Làm nguội

H2SO4 98%

Đóng gói,bảo quản

Tiến hành: Dùng H2SO4 1%, pH = 4, đun nóng ở 50÷600C trong vòng 40 ÷

60 h để thuỷ phân hoàn toàn các dextrin, loại bỏ các chất có hại như CO32-, chất keo,chất màu, axit hữu cơ và vi sinh vật tạp nhiễm và tạo kết tủa CaSO4

Mục đích của ly tâm là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng

tâm hỗn hợp sau xử lý phân tách thành 2 phần:

+ Pha lỏng được đưa vào tank chứa và tiếp tục chuyển qua các bộ phận tiếptheo là pha chế môi trường lên men

+ Pha rắn gồm CaSO4, K2SO4, CaK2(SO4)2 hỗn hợp này tiếp tục ly tâm lần 2

để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấp cho nhà máy phân bón

Thiết bị: Máy ly tâm nằm ngang

Hình 3.1 Thiết bị thuỷ phân [6,tr 90]

3.2.3 Pha chế dịch lên men

Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lênmen tạo sinh khối Môi trường gồm dịch rỉ đường và bổ sung các chất sau: [5, tr98]

Tiến hành: dịch được bơm ngựơc chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao

đổi nhiệt Thanh trùng ở 1100C, thời gian: 15 phút, hơi có áp suất: 0,6 Mpa

Dùng thiết bị thanh trùng alpha - laval

Hình 3.2 Máy ly tâm lắng nằm ngang, [6, tr208]

Hình 3.3 Thùng pha loãng rỉ đường

3.2.5 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: [5, tr171]

Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy truyền raống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi trongthùng tôn (giống cấp 2) lên men chính (giống cấp 3)

3.2.6 Lên men

Mục đích : Thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điềukiện thích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành axit glutamic.Nồng độ dịch lênmen 8÷25% [4, tr11]

-Giai đoạn đầu : 8÷12h, giai đoạn này chủ yếu là tăng sinh khối Các chất cótrong môi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cựcđại và bắt đầu sinh sản, phân chia Ở giai đoạn này axit glutamic tạo ra rất ít pH cótăng 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 Giai doạn này khôngtăng số lượng tế bào hoặc tăng rất ít Lượng axit sinh ra nhiều làm pH giảm nênphải bổ sung thêm urê để pH = 8

-Giai đoạn cuối : Các quá trình xảy ra chậm dần cho đến khi hàm lượngđường chỉ còn dưới 1% thì lên men kết thúc

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị thanh trùng bản mỏng

Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC.

Cánh khuấy hai tầng : 180÷200vòng/phút

Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra

3.2.7 Lọc tách sinh khối

Mục đích: axit glutamic tạo thành trong quá trình lên men được tiết ra ngoài

tế bào vì thế ta phải lọc loại sinh khối và thu dịch axit glutamic

Hình 3.5 Thiết bị lên men dạng trao đổi khối mạnh [6,tr203]

Chọn thiết bị lọc: Dùng thiết bị lọc khung bản

3.2.8.Cô đặc.

Mục đích: Dịch sau lên men có hàm lượng axit glutamic thấp khoảng 17%,

pH = 7 do đó cần tiến hành cô đặc để loại bớt nước, đưa dung dịch về nồng độkhoảng 30 %, pH = 5,5 – 6

Thiết bị :Thiết bị cô đặc chân không

3.2.10 Axit hoá và kết tinh.

Mục đích : đưa pH của dung dịch về điểm đẳng điện của axit glutamic tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm lạnh và kết tinh

Tiến hành : dung dịch có pH khoảng 5,5 – 6 do đó ta phải dùng H2SO4 98 % đểđiều chỉnh pH của dung dịch về pH = 3,2, đây là giá trị pH đẳng điện của dung dịch.Trong quá trình kết tinh thì dùng nước lạnh đưa dung dịch axit glutamic về nhiệt độ 120Clúc đó tinh thể axit glutamic sẽ kết tinh Cánh khuấy hoạt động làm axit glutamic kết tủathành cục to, tơi xốp Tám giờ sau ngừng khuấy và hạ đến nhiệt độ không khí Sau 48giờ dung dịch tách 2 pha Pha rắn là axit glutamic đã kết tinh lắng xuống đáy dưới, phalỏng là nước và một số axit glutamic tan vào đó gọi là nước cái Phần kết tinh đem lytâm thu axit glutamic ẩm

Thiết bị: Thiết bị kết tinh có cánh khuấy

Hình 3.8 Thiết bị kết tinh

3.2.11 Ly tâm

Sau khi axit glutamic đã được kết tinh ta tiến hành ly tâm nhằm dễ dàng choquá trình sấy Trong giai đoạn này tinh thể sẽ thu hồi, dịch sau ly tâm còn lẫn một ítaxit glutamic (khoãng 2%) và các vitamin, khoáng chất, các chất hữu cơ khác cùngcác tế bào vi khuẩn sẽ chuyển qua khu xử lý để làm phân vi sinh

Thiết bị: Thiết bị ly tâm lọc tháo chất rắn tự động ở đáy

3.2.12 Lọc:

Rửa tinh thể axit glutamic và tiếp tục lọc để làm khô

Thiết bị: Ta dùng thiết bị lọc băng tải

Hình 3.9 Thiết bị ly tâm, [18]

Hình 3.10 Thiết lọc băng tải, [19]

3.2.13 Sấy

Mục đích: axit glutamic sau khi ly tâm vẫn còn một phần nước, cần tách ra

để để bảo quản được lâu khỏi bị chảy nước và phân hủy bởi vi sinh vật Để loạiphần nước ra khỏi axit glutamic ta phải tiến hành sấy khô

Tiến hành : Axit glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạytrên băng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm vàlàm khô axit

Nhiệt độ sấy <800C thường từ 70- 800C là thích hợp

Quá trình kết thúc axit glutamic chỉ còn độ ẩm khoảng 0,5- 1%

3.2.14 Bao gói

Sau khi sấy axit 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 khốitịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử dụng và cách sử dụng

Thiết bị : Máy đóng bao bì

Hình 3.11 Máy sấy băng tải, [20]

[21]

CHƯƠNG 4TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT



4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy.

Giả sử nhà máy ngày làm việc 3 ca

Nhà máy sản xuất axit glutamic tinh thể với năng suất 2 tấn/ngày

Lượng axit glutamic trước khi bao gói là

100

 ×

6 100

5 0 100

Khối lượng dung dịch axit glutamic trước khi vào máy ly tâm là

2407,57 ×

70 100

9 100

Giả sử hiệu suất kết tinh là 80%

Lượng axit glutamic chưa tiêu hao

Giả sử hiệu suất cô đặc là 75%

Sau khi cô đặc hàm ẩm trong dung dịch là 70% Sau khi lọc nồng độ axitglutamic là 17% nên hàm lượng ẩm trong dung dịch là 83%

Khối lượng axit glutamic chưa tiêu hao

cho vào là: mgiống = 1070 × 1,244 = 1331,08 (kg/ngày)

Lượng giống cấp II bằng 10% lượng giống cấp III

Vgiống cấp II = 10% × 1,224 = 12,24.10-2 (m3/ngày)

mgiống cấp II = 1070 × 12,24.10-2 = 130,96 (kg/ngày)

Lượng giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II

Vgiống cấp I = 10% × 12,24.10-2 = 12,24.10-3

mgiống cấpI = 1070 × 12,24.10-3 = 13,096 (kg/ngày)

Khối lượng môi trường đem đi lên men là:

26138,60 - (1331,08 + 470,49 +26,13 ) = 24310,90 (kg/ngày)

4.3.11 Thanh trùng và làm nguội.

Quá trình thanh trùng và làm nguội tổn hao 1%

Khối lượng môi trường dinh dưỡng trước khi thanh trùng và làmnguội là:

24310,90 ×

99

100

= 24556,46 (kg/ngày)

4.3.12 Pha chế dịch lên men

Giả sử tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1,5%

Khối lượng môi trường ở công đoạn pha chế là

24556,46 ×100100 1,5= 24930,41 (kg/ngày)

Tổng các chất khoáng được bổ sung trong quá trình pha chế là 0,5%

Tổng lượng rỉ đường cần cho quá trình pha chế dịch lên men

24930,41 ×99100,5 = 24805,75 (kg/ngày)

4.3.13 Ly tâm dịch rỉ đường

Tỉ lệ hao hụt 2%

Giả sử quá trình ly tâm có hiệu suất là 90(%):

Giả sử dịch đem pha chế xong 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 ly tâm là:

4.4 Tổng kết

Tính cho 1ngày

Tính cho 1ca

Tính cho 1giờ

Hình 5.1 Thùng chứa

CHƯƠNG 5TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ



5.1 Thùng chứa rỉ đường.

Chọn số thùng chứa rỉ đường là n = 1 để chứa lượng

rỉ đường cho một ca sản xuất Thùng chứa có thân hình trụ

d

Chọn thùng chứa có kích thước như sau:

Vthiết bị = 2,06 (m3); hthiết bị=1,59(m), Dthiết bị = 1,40 (m); d = 0,10 (m)

5.2 Thiết bị thuỷ phân đường.

Thiết bị thuỷ phân rỉ đường bên trong được tráng men chịu axit làm việc giánđoạn, có dạng hình trụ, nắp và đáy hình elip Vận tốc cánh khuấy 0,2÷0,33 vòng/s Năng suất của thiết bị thuỷ phân là:

6048,25 (kg/ngày) = 1,55 (m3/ca)

Thời gian thuỷ phân: t = 50÷60 h

Chọn số thiết bị thủy phân với hệ số chứa đầy của thiết bị là φ = 0,8 ta có thểtích của thiết bị là:

V thiết bị = 1 , 94

8 , 0

55 , 1

 (m3)

Thể tích thiết bị được tính như sau:

Vthiết bị = Vthân trụ + Vnắp + Vđáy

Chọn đường kính của thiết bị là:D = 1,2 (m), chọn chiều cao nắp thiết bị

Vthân trụ = Vthiết bị – Vđáy – Vnắp = 1,94 – 0,2 – 0,2 = 1,45 (m3)

Chiều cao của phần trụ là:





= 1,36(m)

Chiều cao thiết bị là

Hthủy phân = hthân + hnắp + hđáy = 1,36+ 0,30+ 0.30 = 1,96 (m)

Thời gian thuỷ phân một mẻ là 60h Thiết bị ta tính cho một ca là 8h Số thiết

8 60



H0H

h

Vậy chọn 8 thiết bị với: H = 1,96(m), D = 1,2(m), V = 1,94 (m3)

5.3 Thiết bị ly tâm

Lượng rỉ đường đem ly tâm trong một giờ là 245,71 (kg/h)

Khối lượng riêng của rỉ đường 62% là d = 1300,59 (kg/m3), [61, tr 58]

Thể tích của rỉ đường cần được xử lý là:

Vrỉ đường = 0 , 19

59 , 1300

71 , 245

 (m3/h)

Chọn máy ly tâm lọc lắng nằm ngang [6, tr 229]Đặc tính kỹ thuật của máy 352K-3

+ Kích thước cơ bản, mm: 2530×1850×1075

Chọn 1 thiết bị

5.4 Thùng pha chế dịch lên men

Chọn thùng có dạng hình trụ đứng, đáy hình chỏm cầu, vỏ thùng được làm bằngthép không gỉ

Rỉ đường sau khi ly tâm và pha chế dịch lên men có

năng suất là 8310,13 (kg/ca)

Khối lượng riêng dịch lúc này là:

Vthùng chứa = 70,89,8 = 9,86 (m3).

Chọn đường kình thiết bị là D = 2m, chiều cao của chỏm cầu h = 0,4m

 H0 = H + 2 x h với H0 là chiều cao của thiết bị

5.5 Thiết bị thanh trùng và làm nguội:

Chọn thiết bị gia nhiêt dạng tấm Alpha-laval

+ Năng suất: 2000lít/h+ Nhiệt độ thanh trùng :800C+ Thời gian thanh trùng :5 phút+ Nhiệt độ nước lạnh : 20C+ Nhiệt độ nước muối :50C

+ Tiêu thụ nước muối :10m3/h+ Tiêu thụ hơi: 120 kg/h+ Hiệu suất sử dụng hơi: 82%

+ Tổng số tấm truyền nhiệt :100 tấm+ Diện tích bề mặt truyền nhiệt :22,6 m2

+ Đường rãnh khe : 25mm+ Vận tốc chuyển động của dòng sữa :0,47 (m/s)+ Điện năng tiêu thụ : 12 KW

+ Khối lượng : 1140 kg

+ Kích thước :1980 x 700 x 1400mmNăng suất của dịch đem thanh trùng và làm nguội là 1023,18 (kg/h)

Chọn khối lượng riêng dịch lúc này là: d = 1105 (kg/m3)

5.6 Thiết bị lên men [6, tr205]

Quá trình lên men gián đoạn, tổng thời gian lên men là 32÷38 Ta chọn tổngthời gian lên men là 38h

dịch đem lên men là

3

89 , 24

= 8,3 (m3)

Chọn thiết bị lên men dạng đứng

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men dạng đứng

Thời gian lên men một mẻ là 38h Thiết bị ta tính cho một ca 8h Số thiết bị

Vậy ta chọn 5 thiết bị lên men

5.7 Lọc ép khung bản

Năng suất của dịch lọc là 1067,32 (kg/h)

Giả sử khối lượng riêng của dịch lên men xong là 1105 (kg/m3)

<0,86960

5950×1210×1260

4,8301

Số thiết bị là: 01,97,1 = 0,88 Vậychọn 1 thiết bị

5.8 Thiết bị cô đặc.

Khối lượng axit glutamic đem cô đặc là 22593,13 kg/ngày

Năng suất bay hơi là 13279,13 kg/ngày = 553,29 kg/h

Thông số chính của thiết bị:

5.9 Thiết bị tẩy màu.

Giả sử khối lượng riêng của dung dịch axit glutamic lúc này là d = 1105 kg/m3

Giả sử thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị tẩy màu là 30 phút, thể tíchcủa dung dịch axit glutamic cần được tẩy màu là

màu là φ = 0,4 Vậy thể tích của thiết bị tẩy màu là :

Vthiết bị = 00,18,4 = 0,45 (m3)

Chọn thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy hình chỏm cầu

Chọn đường kình thiết bị là D = 0,6m, chiều cao

Lượng dịch đem kết tinh cho 1 ca là 3073,64 (kg/ca)

Giả sử khối lượng riêng của axit glutamic là 1105 (kg/m3)

Hình 5.3 Thiết bị tẩy màu

D

H H

0

Hh

5.11 Ly tâm

Khối lượng dung dịch axit glutamic trước khi vào máy ly tâm là 7302,96(kg/ngày) = 304,29 kg/h

Đặc tính kỹ thuật của máy SGZ1250

+ Công suất động cơ, kW: 18,5+ Kích thước cơ bản, mm: 2520×2000×2350

Chọn 1 thiết bị

5.12 Thiết bị lọc (belt filter preses )

Lượng đem axit glutamic đem đi lọc 2335,35( kg/ ngày) = 97,30 (kg/h)

Chọn thiết bị lọc belt filter preses có năng suất: 100 kg/h

Kích thước, mm : 2100×1700×2800

5.13 Thiết bị sấy:

Lượng axit glutamic ẩm đem đi sấy mỗi giờ là 221524,61= 92,3 (kg/h)

Năng suất bay hơi hàm ẩm là 7,7 kg/h

Nhiệt độ khí ra(0C)

Năng suấtbay hơi(kg/h)

Kích thước (mm)(L×W×H)

Motor rung:

+ Model: ZDS10-6+ Power: 0,75×2

Chọn băng tải làm nguội có bề rộng là 0,6m và chiều dài là 4,5m

5.15 Thiết bị đóng gói.

Năng suất đóng gói trong 1 giờ là:

2000 ( kg/ngày)= 83,3 (kg/h) = 83,3×2 = 166,6 ( gói/h)

Chọn máy đóng gói tự động SNB-II [21]

Đặc tính kỹ thuật:

5.16 Thiết bị nhân giống

5.16.1 Thiết bị nhân giống thạch nghiêng

Năng suất của giống thạch nghiêng là 0,51(l/h)

Lấy hệ số chứa đầy  = 0,3

Hình 5.5 Sơ đồ máy đóng gói, [21]