THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ENZIM α – AMYLAZA THEO PHƯƠNG PHÁP BỀ SÂU VỚI NĂNG SUẤT 200 m3ngày.

LỜI NÓI ĐẦUTrong quá trình sống của thế giới vi sinh vật luôn xảy ra các phản ứng hóa sinh, chuyển hóa vật chất. Các phản ứng này gắn chặt với sự có mặt của các enzim (hay còn gọi là fecman, fecman bắt nguồn từ chữ la tinh có nghĩa là sủi bọt). Tất cả các quá trình biến đổi sinh hóa điều xảy ra dưới tác dụng của các hệ enzim. Ngày nay người ta đã biết tới hàng ngàn enzim, như mới thu được ở dạng tinh khuyết khoảng vài trăm. Hàng năm số enzim biết được ngày một tăng.Enzim là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hòa tan trong nước và trong dung dịch muối loãng. Enzim có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton nên không qua được màng bán thấm.Enzim là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học, mà người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Trong hàng trăm enzim được sử dụng trong công nghiệp hơn một nữa được sản xuất từ nấm mốc, và nấm men, trên một phần ba từ vi khuẩn còn lại từ nguồn động vật 8%, và thực vật 4%.Enzim được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau nhưng chủ yếu là trong công nghiệp thực phẩm, trong công nghiệp thực phẩm enzim ứng dụng với nhiều mục đích và tác động ở nhiều mức độ khác nhau. Người ta có thể sử dụng tác động của enzim để điều chỉnh những khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu. Enzim có thể tham gia cải thiện hoặc tiêu chuẩn hóa các quá trình chuyển hóa, từ đó cho phép nhận được các sản phẩm có chất lượng cao hơn, đặc biệt enzim cũng có thể can thiệp vào chính quá trình chế biến và đóng vai trò công cụ công nghệ. Nhờ tác động của enzim chúng ta có thể nhận được các sản phẩm trung gian hay cuối cùng khác nhau.Ngoài ra enzim còn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp thuộc da, bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế… Qua đó cho thấy tầm quan trọng, sự ảnh hưởng sâu sắc của enzim đến các ngành công nghiệp khác vì vậy sự ra đời và phát triển ngành công nghiệp enzim là hết sức cần thiết. Cho đến nay chế phẩm enzim đã trở thành mặt hàng có tính thương mại toàn cầu. Nhưng ở Việt Nam công nghệ enzim chưa phát triển. Các nghiên cứu có đề cập đến hầu hết các loại enzim có nguồn gốc khác nhau nhưng chưa có enzim nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp.Trên cơ sở đó tôi được bộ môn giao cho thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩm enzim α_amylaza thô dạng bột có nguồn gốc từ vi sinh vật theo phương pháp bề sâu năng suất 200m3ngày.Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, thời gian thiết kế có hạn, hơn nữa tài liệu tham khảo không nhiều nên bài viết còn nhiều thiếu sót mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn là điều cần thiết.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình sống của thế giới vi sinh vật luôn xảy ra các phản ứng hóasinh, chuyển hóa vật chất Các phản ứng này gắn chặt với sự có mặt của các enzim(hay còn gọi là fecman, fecman bắt nguồn từ chữ la tinh có nghĩa là sủi bọt) Tất cảcác quá trình biến đổi sinh hóa điều xảy ra dưới tác dụng của các hệ enzim

Ngày nay người ta đã biết tới hàng ngàn enzim, như mới thu được ở dạng tinhkhuyết khoảng vài trăm Hàng năm số enzim biết được ngày một tăng

Enzim là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hòa tan trong nước vàtrong dung dịch muối loãng Enzim có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000dalton nên không qua được màng bán thấm

Enzim là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóahọc, mà người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc visinh vật Trong hàng trăm enzim được sử dụng trong công nghiệp hơn một nữađược sản xuất từ nấm mốc, và nấm men, trên một phần ba từ vi khuẩn còn lại từnguồn động vật 8%, và thực vật 4%

Enzim được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau nhưngchủ yếu là trong công nghiệp thực phẩm, trong công nghiệp thực phẩm enzim ứngdụng với nhiều mục đích và tác động ở nhiều mức độ khác nhau Người ta có thể sửdụng tác động của enzim để điều chỉnh những khiếm khuyết tự nhiên của nguyênliệu Enzim có thể tham gia cải thiện hoặc tiêu chuẩn hóa các quá trình chuyển hóa,

từ đó cho phép nhận được các sản phẩm có chất lượng cao hơn, đặc biệt enzim cũng

có thể can thiệp vào chính quá trình chế biến và đóng vai trò công cụ công nghệ.Nhờ tác động của enzim chúng ta có thể nhận được các sản phẩm trung gian haycuối cùng khác nhau

Ngoài ra enzim còn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khácnhư công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp thuộc da,bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y tế…

Qua đó cho thấy tầm quan trọng, sự ảnh hưởng sâu sắc của enzim đến cácngành công nghiệp khác vì vậy sự ra đời và phát triển ngành công nghiệp enzim làhết sức cần thiết Cho đến nay chế phẩm enzim đã trở thành mặt hàng có tínhthương mại toàn cầu Nhưng ở Việt Nam công nghệ enzim chưa phát triển Cácnghiên cứu có đề cập đến hầu hết các loại enzim có nguồn gốc khác nhau nhưngchưa có enzim nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp.

Trên cơ sở đó tôi được bộ môn giao cho thiết kế nhà máy sản xuất chế phẩmenzim αmamylaza thô dạng bột có nguồn gốc từ vi sinh vật theo phương pháp bề sâunăng suất 200m3/ngày

Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, thời gian thiết kế có hạn, hơn nữa tài liệutham khảo không nhiều nên bài viết còn nhiều thiếu sót mong được sự đóng góp củathầy cô và các bạn là điều cần thiết

CHƯƠNG 1

LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Để thúc đẩy nền kinh tế cũng như thực hiện công cuộc công nghiệp hoá hiệnđại hoá đất nước ở miền trung, nhiều khu công nghiệp đã được xây dựngvà trên đàphát triển trong đó có khu công nghiệp Hoà Cầm tại Đà Nẵng Song song với sựphát triển của các ngành như: nông nghiệp, công nghiệp, y tế, du lịch, dệt may, côngnghiệp thực phẩm… thì enzim cũng đóng một vai trò hết sức quan trọng, vì nó ảnhhưởng trực tiếp đền các nghành công nghiệp khác,thông thường mà là nguồnnguyên liệu không thể thiếu được cho các ngành trên vả lại ở đây có nguồn nguyênliệu dồi dào và giải quyết công ăn việc làm cho nhiều người do tốc độ đô thị hóangày càng nhanh, nên khu công nghiệp Hòa Cầm nhanh chóng thu hút được nhiềunhà đầu tư và nhanh chóng trở thành khu công nghiệp lý tưởng, sản phẩm làm ravới mục đích tiêu thụ ở các thị truờng miền trung, Tây Nguyên, đi xa hơn nữa làthâm nhập được vào thị trường của các nước trên thế giới đặc biệt là trong bối cảnhViệt Nam đang tham gia vào WTO Chính vì lý do đó mà tôi quyết định xây dựngmột nhà máy sản xuất enzim amylaza theo phương pháp nuôi cấy bề sâu với chủng

nấm móc là Aspergilus oryzae 3-9-15, năng suất 200m3/ngày tại khu công nghiệpHoà Cầm

1.1 Đặc điểm tự nhiên:

Việc chọn thành phố Đà Nẵng làm địa diểm xây dựng nhà máy mang lại chochúng ta rất nhiều thuận lợi về mặt tự nhiên Đà Nẵng là thành phố lớn thứ 3 cảnước sau thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội với vị trí địa lý rất lý tưởng: phía Bắcgiáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Nam và phía Tây là tỉnh Quảng Nam, còn PhíaĐông là biển Đông rộng lớn Đặc biệt với dòng sông này nối liền với Vịnh, đã làmcho Đà Nẵng trở thành cảng biển lớn nhất khu vực miền Trung

Khí hậu Đà Nẵng chia ra làm hai mùa, mùa nắng từ tháng 1 đến tháng 8, mùamưa từ tháng 9 đến tháng 12, nhiệt độ trung bình khoảng 280C, độ ẩm tương đốitrung bình 28%, hướng gió chủ yếu là Đông Nam Với điều kiện tự nhiên, khí hậu

như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuất enzim amylaza nói là hoàn toàn có cơ sở(không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tại đây) Hơn thế nữa điều kiện đất đai, khihậu của Quảng Nam, Đà nẵng thuận lợi cho việc trồng các loại cây giàu tinh bộtnhư: lúa, ngô, khoai, sắn…

1.2 Nguồn nguyên liệu :

Tuy ngành nông nghiệp của Đà Nẵng không được xếp vào loại phát triển trongvùng nhưng nó rất gần với Quảng Nam, Bịnh Định các tỉnh có ngành nông nghiệpvượt trội so với Đà Nẵng kể cả về diện tích lẫn chất lượng cây nông nghiệp Ngô ởQuảng Nam rất nổi tiếng, đặc biệt là ngô Hội An

Ngoài ra, Huế cũng rất dồi dào về các loại sản phẩm nông nghiệp Đặc biệt vớiviệc thông hầm Đèo Hải Vân thì việc giao thông đi lại giữa hai thành phố và cáctỉnh thành phía Bắc không còn gặp trở gại lớn như trước nữa

1.3 Hợp tác hoá :

Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liện hợp hóa được

tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giao thông,

cũng như việc nhập nguyện liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hành thuận lợicho nên giảm bớt được vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng thờitận dụng tuần hoàn các sản phẩm phụ tránh được ô nhiễm môi trường

1.4 Nguồn cung cấp điện :

Nguồn cung cấp điện cho nhà máy lấy từ mạng điện lưới quốc gia, nhờ trạmbiến áp 110KV có dòng điện tiêu thụ với điện áp 220/380V Để đề phòng mất điệnnhà máycó lắp đặt thêm máy phát điện dự phòng

1.5 Nguồn cung cấp nhiệt :

Hơi nước được dùng để tiệt trùng thiết bị, thanh trùng môi trường,… sẽ do nhàmáy tự cung cấp Do đó, cần có lò hơi riêng, áp suất của hơi dùng là 3at, nhiên liệudùng để đốt lò là dầu nặng (dầu FO)

Tác nhân làm lạnh là NH3, dầu bôi trơn…được nhập từ bên ngoài

1.6 Nguồn nước và vấn đề nước thải nhà máy:

Nước là nhu cầu không thể thiếu được, nguồn nước cung cấp cho nhà máyđược lấy từ công ty cấp nước Đà Nẵng Để chủ động nguồn nước nhà máy có thể tựxây dựng thêm các bể chứa nước

Toàn bộ nước của nhà máy có chỉ số COD cao và BOD thấp cho nên cần phải

xử lý đạt được yêu cầu cho phép trước khi thải ra ra ngoài môi trường

1.7 Giao thông :

Để thuận lợi cho việc nhập nguyên vật liệu, trang thiết bị, bao bì, nhiên liệu…

và xuất sản phẩm ra khỏi nhà máy thì giao thông đóng một vai trò quan trọng.Những năm gần đây thành phố Đà Nẵng liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng, mạng lướigiao thông đô thị , cảng biển, sân bay ngày càng khang trang hiện đại cho nên rấtthuận tiện

1.8 Nguồn lao động :

Là những người am hiểu về vi sinh vật cũng như về enzim chủ yếu là kỹ sư tốtnghiệp ngành công nghệ sinh học từ các trường đại học trong và ngoài nước

1.9 Năng suất nhà máy :

Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho toàn miền trung lượngchế phẩm ezim kỹ thuật được sản xuất ra trong ngày là 200m3/ngày

Nói tóm lại, việc xây dựng phân xưởng sản xuất enzim amylaza ở vị trí nàycũng tương đối phù hợp cho sự sinh tổng hợp enzim amylaza của nấm mốc

Aspergilus oryzae 3-9-15 có hoạt lực cao.

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU

2.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu:

Thành phần môi trường là những nhân tố có tác động sống của vi sinh vật vàsinh tổng hợp enzim Đướng bên quan điểm điều khiển sinh tổng hợp các sản phẩmtheo chủ đích thì thành phần môi trường dinh dưỡng phải đáp ứng được yêu cầu đó

là độ hoàn thiện đảm bảo Trong thành phần môi trường phải có đủ các chất đảmbảo được sự sinh trưởng bình thường của vi sinh vật và tổng hợp của enzim Vi sinhvật muốn phát triển được cần phải có các nguồn cung cấp các hợp chất chứa C, H,

N, và O Trong thành phần môi trường cũng phải có chứa các chất khoáng như: Mg,

Ca, P, S, Fe, K và một số chất khác nữa

2.1.1Nguồn cacbon:

Amylaza là enzim cảm ứng điển hình, do đó trong môi trường cần phải cóchất cảm ứng Chất cảm ứng tốt nhất cho sinh tổng hợp enzim amylaza là tinh bột,sau đó là dextrin và đường maltoza…Nhưng môi trường giàu glucoza lại có thểkiềm hảm quá trình sinh tổng hợp enzim amylaza Nguồn cacbon này rất giàu trongcác hạt hoà thảo như: lúa, ngô, bắp, Bobo…

Ngoài ra nồng độ tinh bột và các nguồn cacbon khác cũng có ảnh hưởng lớn

đến sự tạo thành các enzim riêng biệt của hệ amylaza khi nuôi chủng Asp Oryzae 3

– 9 – 15 ở đây ta quan tâm nguồn cacbon là bột ngô

Ngô là những cây lương thực trồng phổ biến trên thế giới Cây ngô rất dễtrồng, thích hợp với nhiều loài khí hậu, kể cả nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới Tuynhiên nó cũng khó phát triển ở những vùng xứ lạnh

Ngô có nhiều chủng, giống khác nhau về dấu hiệu thực vật như: Hình dạngbắp, hình dáng và kích thước hạt, đặc biệt là khác nhau về ý nghĩa sử dụng Dựa vàonhững đặc trưng đó mà người ta chia ngô ra làm các loại chủ yếu sau:

a Ngô đá:

Ngô đá có bắp lớn, đầu bắp hình tròn, hạt có màu trắng hơi vàng đôi khi màu tím.Nội nhũ có màu trắng trong, chỉ có ít ở lõi hạt có màu trắng đục Hàm lượng tinhbột khoảng 56% đến 76% trong đó amyloza là 21% còn lại là amylopectin

b Ngô bột:

Bắp dài khoảng 17 đến 20cm hạt đầu hơi tròn màu trắng, phôi lớn Hàmlượng tinh bột khoảng 55 đến 80% trong đó 20% là amyloza, 80% là amylopectin.Hạt ngô bột mềm, dễ nghiền thành bột nhưng khó sản xuất ngô mảnh thường dùngtrong kỷ nghệ tinh bột rượu bia

c Ngô sáp:

Ngô sáp hay còn gọi là ngô nếp đầu hạt ngô tròn, hạt nhỏ màu trắng đục Phầnngoài của nội nhũ có màu trắng trong, phần trong lõi có màu trắng đục Hàm lượngtinh bộ tới 60% và hầu như chỉ chứa amylopectin Khi nấu ngô mềm, dẻo

d Ngô đường:

Ngô đường hạt nhăn nheo, vỏ màu vàng hoặc màu trắng Hàm lượng tinh bột trongnội nhũ rất thấp, khoảng 25% đến 37%, nhiều dextrin và đường 19% đến 31% tinhbột của ngô đường chứa phần lớn là amyloza 60% đến 98%, amylopectin chiếmmột phần nhỏ khoảng 20% đến 40%

e Ngô răng ngựa:

Ngô răng ngựa có bắp to, có thể dài tới 25cm Đầu hạt lõm trông giống như răngngựa Vỏ hạt màu vàng, đôi khi màu trắng Hàm lượng tinh bột khoảng 60% đến63% gồm 21% amyloza, 79% amylopectin

Khi nghiền ngô răng ngựa cho nhiều bột ít mảnh vì vậy được dùng trong sảnxuất bột

Sau khi ngô đã tách phôi tạo thành ngô mảnh có thành phần trung bình nhưbảng sau:

Thành hoá học trung bình của ngô mảnh:

Theo nghiên cứu của( Fenikxova, Dvatova, 1960) Thì khi nuôi Asp Oryzae 3- 9 – 15 trên môi trường bột ngô chủng này tạo α - amylaza hoạt động khi có mặt

(NH4)2HPO4 và NH4NO3

2.1.3 Nguồn khoáng đa lượng và vi lượng:

Sự có mặt của các nguyên tố vô cơ(đa lượng và vi lượng) ảnh hưởng lớn đến

sự sinh tổng hợp enzim P, S rất cần cho vi sinh vật, vì chúng tham gia vào thànhphần của những chất quan trọng của tế bào như: nucletit, protein, enzim, lipit,vitamin…Photpho còn tham gia vào rất nhiều phản ứng trao đổi chất của tế bào

Các nguyên tố như: Fe, Zn, Cu, Co … rất cần thiết cho vi sinh vật để cấu tạonên một loại enzim tuy chỉ một lượng rất nhỏ Phần lớn các nguyên tố vi lượngđược đưa vào môi trường cùng với nước( vì chúng hoà tan với nước) và các nguyênliệu hữu cơ như: bột đậu nành, nước chiết mầm mạch

Các nguyên tố đa lượng thì đưa vào thành phần môi trường ở dạng các muối

vô cơ như: KH2PO4, MgSO4.7H2O, NaNO3…

- Mg2+ có ảnh hưởng đến sự bền nhiệt của enzim Thiếu MgSO4 sẽ có ảnhhưởng sấu đến sự tổng hợp mọi enzim amylaza bỡi nấm sợi( theo Fenkxova,Mxaeva 1967)

- Photpho cần để tổng hợp các phần quan trọng của sinh chất(axitnuclephotpholipit) và nhiều côenzim(adenosine – photphat, thiamin), đồngthời để photphoril hoá gluxit trong quá trình oxy hoá sinh học

- Ca2+ cần cho tổng hợp và ổn định α – amylaza hoạt động vì nó là cấu tửkhông thể thiếu được của enzim này Canxi còn có tác dụng bảo vệ amylazakhỏi tác dụng của proteinaza( theo Hsin et miloza, 1964)

- Lưu huỳnh với hàm lượng 0,04g/ml môi trường là thích hợp nhất cho Asp.Oryzae 3 - 9 – 15 tạo amylaza 200 đến 500đv/100ml

- Tỷ lệ giữa cacbon và nitơ trong môi trường dinh dưỡng cacbon và nitơ có ýnghĩa lớn đối với sinh tổng hợp sinh khối vi sinh vật và sự tạo thành amylaza

tỷ lệ tối ưu là 10:1 đến 40:1

2.1.4 Nước:

Nước là thành phần cơ bản nhất và thường được sử dụng với số lượng lớntrong nuôi cấy vi sinh vật Do đó, chất lượng nước phải đảm bảo để không sảy ranhững phản ứng hoá học khi tiến hành lên men hoặc không để sảy ra những tácđộng của vi sinh vật lạ xâm nhập từ nước vào quá trình lên men Chất lượngnước phải xem ở 3 chỉ số

- Độ cứng.

- Khả năng oxy hoá

- Vi sinh vật đặc biệt là những vi sinh vật gây bệnh

 Độ cứng của nước được thể hiện bằng sự có mặt của ion Ca2+ và Mg2+ cótrong nước Muối cacbonat hai ion này cũng biểu hiện độ cứng tạm thời Còncác ion khác như ion: Cl-, SO42-, NO3-, là biểu hiện độ cứng vĩnh cửu

Độ cứng của nước được tính bằng mg đương lượng trong lít nước, một mgđương lượng tương với 20,04mg Ca2+ hoặc 12,16mg Mg2+/lít nước Nước đượcdùng trong lên men phải có độ cứng chung không quá 7mg đuơng lượng

 Độ oxy hoá của nước cho biết mức độ nhiểm bẩn của nước bỡi các chất hữu

cơ chỉ số này được biểu hiện bằng mg O2/lít

 Chỉ số về vi sinh vật là một chỉ số quan trọng, nó biểu hiện sự nhiểm bẩnsinh học Nước chứa nhiều vi sinh vật sẽ không được sử dụng trong các quátrình lên men

Chỉ tiêu vi sinh vật trong nước dùng trong quá trình lên men được xác địnhtheo các chỉ tiêu sau:

- Tổng số hiếu khí phải nhỏ hơn 100 tế bào/lít

- Chuẩn độ coli (ml) không quá 300

- Chỉ số coli tế bào/lít không quá 3

Ngoài ra còn có một số chỉ tiêu quan trọng khác cần xác định là:

- Cặn khô: 1000mg/lít

- Cặn sunfat: 500mg/lít

- Cặn clorua: 350mg/lít

2.1.5 Chủng vi sinh vật:

a Yêu cầu giống vi sinh vật trong công nghệ enzim:

- Giống vi sinh vật phải có khả năng tổng hợp enzim mà ta cần

- Giống vi sinh vật phải có khả năng thích ứng rất nhanh và phát triển mạnh

- Ngoài khả năng sinh tổng hợp enzim mạnh, giống vi sinh vật ứng dụngtrong sản suất enzim phải có khả năng sinh sản phát triển mạnh

- Giống vi sinh vật phải là những giống dễ dàng tách được khỏi môi trườngnuôi cấy lỏng.

b.Một số đặc điểm cơ bản của chủng Apergillus oryzae 3 – 9 – 15.

+ So với vi khuẩn, nấm mốc chịu được nhiệt độ và axit thấp hơn

+ Màu của Asp Oryzae 3 – 9 – 15 có màu vàng hoa cau.

+ Nhiệt độ tối thích của Asp Oryzae 3 – 9 – 15 khoảng 280C đến 300C

- Cấu tạo nấm mốc: là loại nấm mốc có vách ngăn, đây là trường hợp màkhuẩn ty được tạo thành do một chuổi tế bào nối tiếp nhau Ngăn cách giữahai tế bào là một màng ngăn Trong mỗi tế bào nấm hầu như có đủ cơ quancủa một tế bào trong đó quan trọng là có nhân

- Sinh sản ở nấm mốc: Phát triển bằng khuẩn ty Dưới kính hiển vi có thể thấy

từ những đoạn sợi nấm riêng rẽ có thể phát triển bằng khuẩn ty

CHƯƠNG 3

LỰA CHỌN VÀ THYẾT MINH DÂY CHUYÊN CÔNG NGHỆ

Enzim amylaza có từ nhiều nguồn khác nhau như từ thực vật, động vật,nhưng ngày nay người ta thu nhận enzim amylaza chủ yếu từ vi sinh vật là chính.Gồm hai phương pháp chính nuôi cấy bề mặt và nuôi cấy bề sâu

3.1 Phương pháp nuôi cấy bề sâu: vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường lỏng

có sục khí

Ưu điểm:

- Có tính liên tục tiết kiệm được diện tích sản xuất

- Dễ cơ giới hóa và tự động hóa, do đó năng xuất cao

- Sử dụng hợp lý các chất dinh dưỡng của môi trường

- Enzim thu được ít lẫn tạp chất

Nhược điểm:

- Nồng độ enzim trong canh trường thấp, do đó phải cô đặc, nên giá thành cao

- Tốn nhiều điện năng do sục khí liên tục Khi không đảm bảo vô trùng tuyệtđối thì dễ xảy ra sự nhiễm toàn bộ khối môi trường

3.2 Phương pháp nuôi cấy bề mặt:(Tài liệu 2, t23)

Ưu điểm:

- Cho nồng độ enzim cao hơn phương pháp bề sâu

- Canh trường sau khi nuôi cấy sấy khô vận chuyển dễ dàng

- Tránh được nhiễm trùng toàn bộ khối canh trường

- Ít tốn điện năng

Nhược điểm:

- Phương pháp này có tính gián đoạn

- Chiếm nhiều diện tích nuôi cấy

- Khó cơ giới hóa và tự động hóa

- Do đó năng suất thấp tốn nhiều lao động thủ công

Do nhiệm vụ của đề tài thiết kế nên chọn phương pháp nuôi cấy chìm, phươngpháp nuôi cấy chìm dễ cơ giới hóa và tự động hóa nên phù hợp với thời đại

3.3.Sơ đồ công nghệ phương pháp nuôi cấy bề sâu:

Nguyên liệu (ngô mảnh)

Định lượng

Nghiền

và khoáng đa lượng, vi lượng nước lọc bã rượu

(H2SO4 35%)Tiệt trùng

(T0 = 118 – 1250C, T = 45 – 60 phút)

Giống gốcLàm nguội (30÷320C)

Nhân giốngSục khí vô trùng Lên men Giống sản xuất

(T0 = 30 – 320C, T = 48 – 52 giờ, pH = 6 – 7)

Môi trường chọn nuôi cấy là môi trường Fenikxova và Dvatxatova để nuôi

Aspergillus oryzae 3 – 9 – 15 với mục đích thu enzim α – amylaza môi trường có

6% bột ngô; 0,9% NaNO3; 0,005% MgSO4 và 10% nước chiết mầm mạch (100g

mầm/1lít nước), pH môi trường 6 – 7 (1, t255) Môi trường sau khi chuẩn bị đượcphối trộn cùng với nước lạnh, sau đó được thanh trùng trong thiết bị thanh trùngriêng hoặc trong thiết bị lên men bằng hơi nóng trực tiếp ở nhiệt độ 118 – 1250Ctrong khoảng 45 – 60 phút Môi trường sau khi làm nguội đến nhiệt độ 30 – 320C sẽtiến hành tiếp giống.(3,t 274).

3.3.2.Chọn giống và nhân giống:

Để phù hợp với môi trường được chọn ta chọn giống nuôi cấy là Aspergillus

oryzae, là loại nấm mốc có bào tử màu vàng hoa cau, sinh sản vô tính bằng cách tạo

thân quả

Giống được tiếp từ ống nghiệm qua các bình tam giác, đặt trên máy lắc, rồisau đó chuyển sang thùng nhân giống cấp 2 cho sản xuất có thể tích bằng 5 – 10phần trăm thùng lên men trong khoảng 48 – 52 giờ, sau đó chuyển sang thùng lênmen để nuôi cấy thu enzim Lượng giống đem nuôi cấy vào thùng lên men là 8%đến 10% so với môi trường lên men.(1, t263) Môi trường dùng để nhân giốngtương tự như môi trường nuôi cấy, chế độ sục khí là 30m3/1m3 môi trường/1giờ.3.3.3 Nuôi cấy (lên men):

Trước khi nuôi cấy thì cần phải vệ sinh, tuyệt trùng thiết bị lên men một cáchnghiêm ngoặc tránh nhiễm trùng Sau đó cho môi trường và giống cấp 2 vào thùnglên men, thời gian nuôi cấy 68 – 72 giờ

Điều chỉnh pH: Trong quá trình nuôi cấy cần điều chỉnh pH của môi trường

vì đây là một trong những điều kiện quan trọng có ảnh hưởng lớn tới sinh tổng hợp

enzim α – amylaza, trong quá trình nuôi cấy thì pH của môi trường giảm vì vậy cần

điều chỉnh để độ pH ổn định bằng cách bổ sung CaCO3 vào để trung hòa

Nhiệt độ nuôi cấy: Cũng là một yếu tố quan trọng đối với sinh trưởng của vi

sinh vật và sự tạo thành enzim α – amylaza Không tuân thủ đầy đủ chế độ nhiệt độ

sẽ dẫn đến làm giảm hoạt độ của enzim amylaza Nhiệt độ nuôi cấy của nấm mốcAsp oryzae là 30 đến 320C

Sục khi và khuấy trộn: vi sinh vật Asp oryzae là vi sinh vật hiếu khí Vì vậy,

sinh trưởng của chúng phụ thuộc vào lượng oxy phân tử hòa tan trong dịch nuôicấy

Trong quá trình sinh trưởng của mình, vi sinh vật sử dụng oxy phân tử chohoạt động sống nên lượng oxy hòa tan trong môi trường lỏng phải luôn luôn được

bổ sung Chính vì lẽ đó việc sục khí và khuấy đảo môi trường có tác dụng tốt tớisinh trưởng và tích lũy sinh khối cũng như sinh tổng hợp các enzim của vi sinh vật.Việc khuấy đảo môi trường dinh dưỡng trong quá trình nuôi vi sinh vật có thực hiệnbằng nhiều cách khác nhau Bằng cách chỉ có sục không khí vô trùng vào thiết bịnuôi, hoặc tác dụng hiệp đồng của cả sục khí lẫn khuấy trộn, việc sục khí và khuấyđảo liên tục được thực hiện liên tục trong quá trình nuôi

Mức độ sục khí tối ưu để nuôi Asp oryzae 3 – 9 – 15 tương ứng với 180

micromol O2/lít môi trường Chủng này có tốc độ tiêu thụ oxy cực lớn vào cuối phasinh trưởng lôgarit Vận tốc tiêu thụ oxy giảm dần từ lúc bắt đầu pha ổn định

Dập bọt : Để dập bọt tạo ra trong quá trình nuôi cấy có thể cho vào môitrường một ít axit oleic đã thanh trùng

Thời gian nuôi cấy: Đối với chủng Asp oryzae 3 – 9 – 15 trong thùng lênmen nhân giống 48 giờ còn nuôi trong thùng lên men sản xuất thì khoảng 68 – 72giờ Khi hoạt độ của enzim amylaza đạt được 300 đơn vị HđA/g thì coi như kết thúcquá trình nuôi cấy

Lọc, cô đặc và sấy phung: Môi trường sau khi nuôi vi sinh vật phải được lọc

bỏ sinh khối vi sinh vật, sau khi lọc nồng độ enzim rất thấp, nên bước đầu người taphải cô đặc Dịch lọc từ canh trường có nồng độ chất khô từ 4 – 6 g/lít được cô đặclên đến 15 – 20 g/l ở nhiệt độ 350C Trong thiết bị có độ chân không cao Sau đó côđặc tiếp ở nhiệt độ 40 – 450C để đạt nồng độ chất khô 30 đến 40g/l rồi bổ sung thêmchất ổn định và sau đó đem sấy phun ở thiết bị có nhiệt độ 1200C và đầu ra là 400C

sẽ thu được chế phẩm thô dạng bột.(2, t26)

Đóng gói: Sau khi thu được chế phẩm enzim dạng bột ta đem đi đóng góibằng thiết bị bao gói tự động khối lượng của mỗi gói tùy thuộc vào nhu cầu kháchhàng

CHƯƠNG 4

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy:

Nhà máy hoạt động liên tục trong năm trừ những ngày nghĩ do nhà nước quyđịnh và những ngày sửa chữa thiết bị gồm

- Chủ nhật 52 ngày

- Tết dương lịch 1 ngày

- Tết nguyên đáng 5 ngày

- Ngày quốc tế lao động 1ngày

- Ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng 1 ngày

- Ngày quốc khánh 1 ngày

Bảng kế hoạch sản xuất của phân xưởng sản xuất trong năm như sau:

Như vậy sau khi trừ ngày lễ thì số ngày làm việc trong một năm của nhà máy

là 304 ngày Trong đó số ngày ngừng sản xuất để bảo dưỡng và vệ sinh phân xưởngmáy móc thiết bị là 15 ngày Vậy trong một năm số ngày sản xuất thật sự của phânxưởng là 289 ngày

Để theo dõi quá trình lên men thì phân xưởng phải làm việc 3ca/ngày Thì số

ca làm việc cho các tháng và cả năm như sau:

- Năng xuất của phân xưởng: 200.000 lít/ngày.

- Mức hao hụt nguyên liệu qua từng công đoạn

4.2.1 Cân bằng vật chất cho 1000 kg nguyên liệu ngô mảnh:

4.2.1.1 Lượng nguyên liệu còn lại sau vận chuyển vào silo chứa (Gn)

995 100

) 5 , 0 100 ( 1000

) 1 100 (

) 5 , 1 100 (

05 , 985

) 2 100 (

274 , 970

) 2 100 (

869 , 950

4.2.1.6 Thể tích môi trường sau khi tạo (Vt)

Dựa vào lượng nguyên liệu bột ngô chiếm 6% trong thành phần của môitrường lên men ta tính được thể tích môi trường lên men

86 , 15530 6

100 851 , 931





t

4.2.1.7 Thể tích canh trường còn lại sau khi lên men(Vlm)

Do ta chọn lượng hao hụt cho quá trình lên men là 8% và lượng giống bổsung vào môi trường cũng bằng 8% do vậy thể tích canh trường sau khi lên menbằng thể tích môi trường sau khi tạo Vlm = 15530,86(lít)

4.2.1.8 Thể tích canh trường sau khi lọc (Vl)

231 , 13201 100

) 15 100 (

86 , 15530

) 35 100 (

231 , 13201

4.2.2 Tính cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất: Năng suất cho một ngày sảnxuất theo bán thành phẩm là 200.000 lít chế phẩm enzim thô.

4.2.2.1 Lượng ngô mảnh cần cho một ngày sản xuất.(Gnm)

) ( 85 , 23307 8

, 8580

1000 200000

kg

4.2.2.2 Lượng bột ngô để pha chế môi trường cho một ngày sản xuất:

) ( 443 , 21719 1000

851 , 931 85 , 23307

kg

4.2.2.3 Thể tích môi trường cần cho một ngày sản xuất.(Vmt)

717 , 361990 6

100 443 , 21719

9 717 , 361990

05 , 0 717 , 361990

10 717 , 361990

717 , 361990 ).

9 0 005 , 0 6 10 100 (

8 717 , 361990

Nuôi cấy trong phòng thí nghiệm:

10ml 100ml 1000ml Đưa đi lên men ở thiết bị nhân giốngcho sản xuất

Lượng giống đưa vào để nhân giống cho sản xuất là 10%

Gỉa sử trong quá trình nhân giống cấp 2 thì hao hụt so với giống bổ sung làtương đương nhau vì vậy có thể bỏ qua.

Do vậy ta có lượng giống cấp 2 cần là: V2 = 28959,257.10/100 = 2895,926 (lít)Lượng giống cấp 1 cần: V1 = 2895,926/10 = 289,592(lít)

Vậy lượng giống gốc cần là: VG = 289,592/10 = 28,959(lít)

Số ống giống gốc là: n = 28,959.1000/10 = 2896 (ống)

4.2.2.9 Thể tích bán thành phẩm trước khi cô đặc:

308 , 307692 35

100

100 200000

100

100 308 , 307692

Lượng nguyên liệu cần cho một ngày sản xuất:

Nguyên liệu Đơn vị tính

Tổng kết về nguyên liệu bán thành phẩm trong một ngày.

4.3.1 Thu nhận enzim thô dạng bột bằng phương pháp sấy khô dịch canh trường:

- Lượng enzim sau khi cô đặc là: 200000 lít

- Gỉa sử trong 1 lít enzim bán thành phẩm có chứa 40g chất khô

- Gỉa sử lượng nước chứa trong sản phẩm sau khi sấy là 10%(G2)

- Lượng enzim thô sau khi sấy: (Gs)

) ( 8000 1000

40 200000

) ( 800 100

10 8000

Chọn thiết bị phải phù hợp với điều kiện sản xuất phù hợp với chi phí đầu tưnhà máy nói chung và phân xưởng nhà máy nói riêng là một việc làm hết sức quantrọng.

5.1 Silo chứa ngô mảnh:

Silo chứa ngô mảnh có sức chứa dùng trong 15 ngày, thiết bị được làm bằngtấm thép

- Giả sử dung trọng của ngô mảnh là 0,7kg/lít

- Vậy thể tích của ngô mảnh cần dùng trong 1 ngày là:

3

1 (

3

1 (

Thay số vào ta được: 0 , 16 ) 3 3 3 100

3

1 9 16 , 0 ( 3

Đặc tính kỷ thuật của máy:

Số vòng quay của tang, độ/s

Công suất thiết kế(KW)

12

5004151,22,2

Thời gian làm việc của thiết bị phân li từ tính cho một mẻ là:

Lượng nguyên liệu trước khi vào thiết bị phân li từ tính

771 , 23074 100

) 1 100 (

85 , 23307







G

32 , 115 1000

12

771 , 23074





PL

5.3 Bộ định lượng kiểu vít tải (4,t83)

Chọn bộ định lượng kiểu vít tải dạng B – 1:(4; t 83)

Đặc điểm kỷ thuật: Vỏ hình trụ của bộ nạp liệu được lắp đặt vào các ống khớpnối tải liệu và tháo liệu Bên trong có vỏ vít tải xoắn vận chuyển Các mặt nút của

vỏ được lắp kín bởi các nắp và các cơ cấu bịt kín

Chức năng: Dùng để tải nguyên liệu dạng hạt bột có kích thước hạt đến 5mm,

độ ẩm 1,5% và mật độ xếp 1,9 kg/cm3 Bộ định lượng kiểu vít tải được sử dụng thựcchất là những cơ cấu tải liệu trong ống nằm ngang của đường dẫn nguyên liệu và cóthể điều khiển bằng thủ công Chọn bộ định lượng có năng suất 1,5m3/h

Thời gian định lượng cho một mẻ là:

Lượng nguyên liệu trước khi vào bộ định lượng là 23307,85 (kg)

197 , 22 1000 7 , 0 5 , 1

85 , 23307

Lượng ngô mảnh cần phải nghiền là:

649 , 22728 100

) 5 , 1 100 (

Năng xuất nghiền của thiết bị: Q = 0,5922 (tấn/h)

Công suất của động cơ:

) 24000 2

( 35300

.D n d D2

L

N  o 

Chiều dài của trục nghiền: L = 40(cm)

Đường kính của trục nghiền: D = 25(cm)

Đường kính vật liệu trước khi nghiền:

do = 0,2(cm)

Chọn vận tốc vòng quay: n = 90(vòng/phút)

135 , 55 ) 2400

25 2

2 , 0 ( 35300

540 25

Thời gian làm việc : T = 22728,649,1/0,5922.1000 = 38,38(h)

5.5 Gàu tải: (4,t54) Dùng để vận chuyển nguyên liệu từ vị trí thấp lên vị trí cao, tức

sau khi nghiền thì bột ngô được vận chuyển lên thiết bị đảo trộn và tạo môi trườnglên men Chọn các thông số kỷ thuật của gàu tải như sau:

- Sức chứa của gàu, m3: V = 0,4.10-3

- Tốc độ chuyển động của gàu, m/s: v = 0,8 m/s

- Bước gàu, m: L = 0,35

- Hệ số chứa đầy của gàu: kz = 0,85

- Mật độ xếp của ngô, kg/m3:  = 306.

- Năng xuất của gàu được tính theo công thức:

).

/ ( 6 ,

L

k v V

85 , 0 306 8 , 0 10 4 , 0 6 , 3

Như vậy chọn gàu tải có năng suất: Q = 1 (tấn/h)

- Công suất của gàu được tính theo công thức sau:



1000

.H g Q

N  (kw) (4,t55)

Trong đó:

-Q: Năng suất của gàu, 1tấn/h

-H: Chiều cao của gàu, chọn H = 10m

-G: Gia tốc rơi tự do: 9,81 m/s2

- : Hệ số hữu dụng dẫn động chọn:  = 0,85

Thay số vào ta có:

115 , 0 85 , 0 1000

81 , 9 10 1

3 , 0 14 , 3 10

Thời gian làm việc của gàu tải: T = 2giờ

5.6 Thiết bị hòa tan các muối vô cơ:

Thùng chứa được chế tạo bằng thép không gỉ, là loại than trụ đáy elip

tr e

Tổng lượng muối vô cơ cần cho quá trình hòa tan là:

Gmuối = 3257,916 + 18,1 = 3276,016 (kg)

Pha dung dịch muối theo tỷ lệ: 1/9

(1kg hổn hợp muối được pha chế với 9 lít nước)

Vậy tổng chiều cao thiết bị là: Htb = 5,983 + 0,5 = 6,482 (m)

5.7 Thiết bị đảo trộn tạo môi trường lên men(4,t95)

Chọn thiết bị trung hòa có cơ cấu đảo trộn loại bơm bằng hơi nén Thiết bịgồm 4 ống khuếch tán có độ dài khác nhau và có ống dẫn để thông khí nén và đượcchế tạo bằng thép chịu axít bên trong được tráng bằng những nguyên liệu không gỉ.Nguyên tắc hoạt động của cơ cấu chuyển đảo bằng khí nén như sau:

Không khí theo đường ống vào ống khuếch tán và khi chuyển đảo với chất trunghòa tạo ra hỗn hợp khí và lỏng, mật độ của hổn hợp nhỏ hơn mật độ của chất trunghòa ngoài tường của ống khuếch tán Do sự khác nhau về mật độ trong thiết bị làmxảy ra sự tuần hoàn mạnh chất lỏng Tiêu hao không khí để chuyển đảo khoảng1m3/phút cho 1m3 chất trung hòa

Tính các thông số kỷ thuật: Thân thiết bị dạng hình trụ, đáy hình nón, có góchợp với thân  = 450

Chọn 2 thiết bị có hệ số chứa đầy   0 , 8

Thể tích thiết bị là: 150829 , 465

2 8 , 0

717 , 361990

4 , 0 4 45 2

tg d D

) ( 4

.

2

m H D

V tr   ; .( )( )

4

1 3

m d D d D h

V nc     Thay vào (*) ta có:

240 ) (

4

1 3

1 4

1 4

14 , 3

5.8 Thiết bị tiệt trùng môi trường dinh dưỡng dạng liên tục YHC – 20(4, t114)

Đặc tính kỷ thuật:

Năng suất YHC – 20: 20m3/h

Hiệu suất thu hồi nhiệt: 77%

Áp suất hơi vào bộ đun nóng: 0,6MPa

Sức chứa của bộ đun nóng: 100lít

Đường kính bộ giữ nhiệt: 600mm

Chiều cao bộ giữ nhiệt: 6000mm

Sức chứa bộ giữ nhiệt: 1,7m3

Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm

Nguyên tắc làm việc: Trước khi bắt đầu hoạt động tất cả các thiết bị, đường

ống dẫn và phụ tùng YHC được thanh trùng bằng hơi quá nhiệt Sau khi thanh trùngmôi trường được bơm li tâm số 2 bơm vào bộ đun nóng số 3 tại đây môi trườngđược đun nóng nhanh đến nhiệt độ 1300 C và tại đây tạo ra lượng nước ngưng là0,5m3/h Từ bộ đun nóng môi trường được đưa vào bộ giữ nhiệt và sau đó được đưavào bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm tại đây môi trường mới được làm nóng trước khi đưavào bộ đun nóng số 3 còn môi trường từ bộ giữ nhiệt sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ

900C Từ bộ thu hồi nhiệt môi trường được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt (7) đểlàm lạnh trước khi đưa vào nồi lên men

Khối lượng môi trường cần thanh trùng cho 1 ngày sản xuất là: 361990,717(lít).

Thời gian thanh trùng cho 1 mẻ môi trường:

01 , 18 20

1000

717 , 361990





tt

5.9 Thiết bị lên men:

5.9.1 Tính thể tích của thiết bị lên men: (Vtb)

Thể tích làm việc của thiết bị lên men được tính theo công thức:

k

V V k V

717 , 361990

he: Chiều cao phần elíp.

h: Chiều cao phần gấp mép

Fb: Bề mặt bên trong

Vd: Sức chứa của đáy

S: Bề dày của tường đáy

Theo tài liệu 4 trang 216 ta có:

065 , 7

22 , 92

5.9.2 Chọn bộ khuấy đảo và công suất động cơ:

Bởi độ nhớt của môi trường µ dao động trong khoảng 0,001 – 5 Pa.s và khốilượng riêng  nằm trong khoảng 800 – 1900kg/m3

Theo bảng IV.5(5,t 624).Chọn:

Đường kính cánh khuấy d = 1800mm

Số vòng quay:0,48 vòng/s

Công suất tiêu tốn: 28Kw.

5.9.3 Cân bằng nhiệt cho thiết bị lên men:

Lượng nhiệt thải ra từ canh trường và tiêu hao nước làm lạnh được xác định

từ cân bằng nhiệt

Với môi trường dinh dưỡng

Q1 = Gn.Cn.tn

Nhiệt sinh học được giải phóng khi

phát triển canh trường: Q2 = q.p

Với nước làm lạnh Q3 = GB.GBt1B

Với lượng không khí thổi: Q4 = Li1

Với canh trường thành phẩm

Q5 = Gk.Ck.tkVới nước làm lạnh:Q6 = GB.CB.t2BVới lượng không khí thổi: Q7 = Li2Tổn thất vào môi trường xung quanh:

p: Mức tăng sinh khối của vi sinh vật, (kg/h)

L: Lượng không khí được thổi, kg/h

i1 và i2: enpintan của không khí mới và không khí thải, KJ/kg

Fa: là diện tích bề mặt lên men, m2

 : Hệ số thải từ bề mặt thiết bị vào môi trường xung quanh KW/m2.k

t: Hiệu trung bình nhiệt độ của canh trường phát triển và không khí xungquanh thiết bị, K

Phương trình cân bằng nhiệt độ của thiết bị lên men có dạng:

QB.CB(t2B – t1B) = Q1 + Q2 + Q5 + Q8 – L(i2 – i1)

Đặt: Q1 + Q2 + Q5 – Q8 – L(i2 – i1) = Q (*)

Lượng nước cần sử dụng cho quá trình làm mát canh trường, kg/h.

) (t2 t1 kg h C

Q G

B B B B



 Theo số liệu thực nghiệm ta có thể tính như sau:

Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men:

Theo (5; t 172) cứ một lít dịch lên men trong thiết bị lên men chính sau mộtchu kỳ lên nem sẽ giải phóng ra: 1,13 Kcal nhiệt

Lượng nhiệt sinh ra trong 1 chu kỳ lên men sẽ là:

Q1 = Gn.Cn.tn

Tính Cn: Vì lượng môi trường đưa vào có nồng độ tương đối nhỏ nên ta giả

sử dung dịch lỏng có 2 cấu tử vậy Cn = 4190 – (2514 – 7,542.t).x cho x = 0,07 vìnồng độ chất khô là :bột ngô chiếm 6%, NaNO3 0,9%, MgSO4 0,005% Suy ra nồng

Với canh trường thành phẩm: Q5 = Gk.Ck.tk

Tính Gk: Vì không có thực nghiệm nên ta chọn môi trường thành phẩm cókhối lượng riêng là: 1,176 kg/lít

Gk = 368144,559.1,176 = 432938(kg)

Nhiệt độ của môi trường sau khi lên men là :280C

Cn = 4190 – (2514 – 7,542.t).x Giả sử chọn x = 0,04 ta có: Cn =4,098 (kJ/kg.độ)

Q G

5.10 Thiết bị lọc: thể tích thành phẩm sau khi lên men là 361990,95(lít)

Chọn thiết bị lọc khung bản mang nhãn hiệu:

00 00 53 423

Năng suất lọc: 9m3/h.

Lượng canh trường cần lọc: 361990,95 lít

Vậy thời gian cần lọc là: (TL)

40 , 221

1000

95 , 361990





L

5.11 Thiết bị cô đặc: Dịch lọc từ canh trường có nồng độ chất khô từ: 4 đến 6 (g/l).

Được cô đặc lên đến 15 đến 20g/l ở nhiệt độ 350C trong thiết bị có độ chân khôngcao sau đó tiếp tục cô đặc đến nồng độ 30 đến 40g/l Sau đó đem sấy phun ở nhiệt

độ đầu 1200 và đầu ra là 400C sẽ thu được chế phẩm thô dạng bột Vậy ta thực hiện

cô đặc ở 2 nồi Bởi vì, enzim có bản chất prôtêin cho nên rất dễ biết tính khi gặpphải nhiệt độ cao Trong quá trình cô đặc việc lựa chọn một chế độ nhiệt độ thíchhợp là rất quan trọng, thời gian cô đặc cũng không quá dài Cho nên chọn hệ thống

cô đặc loại màng là phù hợp

Các đại lượng thứ nguyên có liên quan:

DO: Hơi sống đi vào nồi đầu (kg/h)

Wi: Lượng hơi thứ bốc ra từ các nồi (kg/h)

Gđ: Lượng dịch lọc vào hệ thống,(kg/h).

Gc: Lượng chế phẩm sau khi cô đặc,(kg/h)

Xđ: Nồng độ chất khô của dịch lọc vào hệ thống chọn Xđ = 10%

23 ,

29 , 8949





Tính cân bằng nhiệt cho buồng đốt:

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng dung dịch từ nhiệt độ đầu td đếnnhiệt độ sôi

ts được tính theo công thức:(Vm46)

Q1 = Gd.C.(tc – td) (Kcal/h)

Trong đó:

Gd: Lượng dung dịch cần đun nóng: Gd = 11506,23(kg/h)

td : Nhiệt độ của dung dịch ban đầu: td = 250C

tc : Nhiệt độ của dung dịch sau khi đun nóng tc = 450C

C: Nhiệt dung riêng của dung dịch C = 4190 – (2514 – 7,542.t).x

Trong đó: x = 0,1, t = 250C

Vậy: C = 0,9452 Kcal/kg.độ

Suy ra: Q1 = 11506,23.0,9452.(45 – 25) = 217513,771 (Kcal/h)

Nhiệt lượng cần để bốc hơi:

Q2 = W.r

Trong đó: W = 8949,29 Lượng nước bốc hơi

r: Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 450C r = 615,7(Kcal/kg)

Thay số vào ta có: Q2 = 8949,29.615,7 = 5510077,853(Kcal/h)

Nhiệt lượng cần cho quá trình cô đặc:

Qc = Q1 + Q2 = 217513,771 +5510077,853 = 5727591,624(Kcal/h) Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình cô đặc:

Q F



 (6,tr 46) Trong đó:

Q: Nhiệt lượng dùng để cho gia nhiệt.(Kcal/h)

K: Hệ số truyền nhiệt

K được tính bằng công thức thực nghiệm:

K  5 t v 0 , 54(Kcal/h.m2.0C)

Với t: Nhiệt độ của dung dịch sau khi gia nhiệt, t = 450C

V: Vận tốc dung dịch đi trong ống chọn với tốc độ 2(m/s)

Thay số vào ta có: K  5 45 2  0 , 54  359 (Kcal/h.m2.0C)

Vì t1/t2 = 45/25 < 2

Ta tính 35

2

25 45 2

2 1

Vậy: 501 , 42

35 359

786 , 6300350

Với d: đường kính trong của ống truyền nhiệt

l: Chiều dài ống truyền nhiệt

s: Bề dày ống truyền nhiệt

Số ống truyền nhiệt của cả 2 nồi cô đặc :

400 , 22

7 057 , 0 14 , 3

42 , 501



l d

F n

 Chọn theo quy chuẩn: n = 410 ống.(6, tr 48)

Chọn chiều dày của đáy elíp S = 6mm

Vậy chiều cao gờ h ≥ 2.S = 12mm

Chiều cao của buồng đốt được tính như sau:

W V

tt

W : Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, W = 8949,29(kg/h)

Ph: Khối lượng riêng của hơi thứ, Ph = 0,06543(kg/m3)

Utt: Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi,