Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩmngày từ nguyên liệu là rỉ đường và tinh bột sắn

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩmngày từ nguyên liệu là rỉ đường và tinh bột sắn

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 loạiquan trọng như thế đối với cơ thể, là một loại acid amin tham gia vào việc cấu tạonên protein của cơ thể Trong 20 loại acid amin trong cơ thể thì acid glutamic thuộcloại 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 bênngoài, ngày nay chúng được dùng chủ yếu trong việc sản xuất chất điều vị Acidglutamic được tìm thấy đầu tiên nhờ Kikunae Ikeda, ông này đã phân lập được acidglutamic từ rong biển [5,tr15] Tuy nhiên ngày nay acid glutamic được sản xuất từnguyên liệu như tinh bột, rỉ đường….Acid glutamic có vai trò quan trọng trong yhọc, sinh học và thực phẩm Đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột ngọt vàmột 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 quantrọng cho công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng và ngành côngnghiệp nói chung Có rất nhiều phương pháp sản xuất acid glutamic như tổng hợphoá học, thuỷ phân và lên men vi sinh vật Trong đó phương pháp tổng hợp từ visinh vật có nhiều ưu điểm nhất Nó là một trong những ứng dụng của công nghệsinh học vào trong sản xuất Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ýnghĩa lớn lao về xử lý môi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành côngnghiệp khác Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất acid glutamic, màphần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất acidglutamic cung cấp cho thị trường trong nước Ở đề tài này tôi chọn thiết kế nhà máysản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày từ nguyên liệu là rỉđường 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 đótrong 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 Diệntích 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 làhướng Đông-Nam Nhiệt độ không cao quá 370C cũng không thấp quá 150C, độ ẩmtương đối thường ở mức 77%

1.2.Vùng nguyên liệu

Thành phố Đà Nẵng nằm gần 2 tỉnh Quảng Nam và Quảng Ngãi Đây là hai địa phương có nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất Quảng Ngãi có nhà máy đường, cung cấp lượng rỉ đường cần thiết Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn Đây là điều kiện thuận lợi nhất để Đà Nẵng xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic

1.3 Hợp tác hoá

Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp Hoà Khánh nên các điều kiện về hợp tác hoá giữa các nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi và sử dụng chung các công trình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông….vv

Nhờ đó sẽ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu

1.4 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu

Đà Nẵng là một thành phố lớn lại có khu công nghiệp nên các vấn đề về điện, hơi, nhiên liệu được thành phố đầu tư đáng kể Nhà máy sẽ sử dụng nguồn điện, hơi

có sẵn tại khu công nghiệp

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

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 thànhphố, 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 sảnxuất

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

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 thànhphố Đà Nẵng

CHƯƠNG II: CHỌN VÀ THIẾT MINH DÂY

CHUYỀN SẢN XUẤT2.1 Chọn phương pháp sản xuất

Acid glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trongcác 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 phápsau:

2.1.1 Phương pháp hoá học

Phương pháp này trước đây được sử dụng dài ở các nước châu Âu Về nguyêntắc thì phương pháp này sử dụng các chất hoá học thông qua các phản ứng mà tổnghợp nên Tuy nhiên, phương pháp này tạo ra cả acid amin dạng D và L đây là nhượcđiểm 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 cóhàm 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, giáthành cao

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

2.1.3 Phương pháp lên men (sinh tổng hợp)

Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay để sản xuất acid glutamic

- Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra acid glutamic

để sản xuất

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

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

+ 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 vàochủng 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 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

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 phươngpháp 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 kĩKetoglutaric bằng các kĩthuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó chuyển hoá α_Ketoglutaric bằng các kĩKetoglutaric thành acidglutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase

Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric bằng các kĩKetoglutaric 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 bằng các kĩKetoglutaric 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 bằng các kĩKetoglutaric + acid amin = L_Ketoglutaric bằng các kĩglutamic + acid xetonic

- Amin hoá khử:

α_Ketoglutaric bằng các kĩKetoglutaric + NH4 + NADH + H+ ==== L_Ketoglutaric bằng các kĩglutamic + 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 làmnguồn 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_Ketoglutaric bằng các kĩglutamic ngay trong dịch nuôicấy 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 choquá 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 cókhả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic)

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

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

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

b Thuỷ phân

Mục đích: Là chuyển toàn bộ tinh bột thành đường làm

môi trường dinh dưỡng cho vi sinh vật Đường ở đây chủ yếu là

glucoza

Tiến hành: Cho HCl vào thuỷ phân

(C6H10O5)n + n H2O n C6H12O11

Tỷ lệ bột rắn ÷ nước ÷ acid = 100÷350÷165 [5, tr170]

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

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

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

phẩm/ngày.

HCl

Hình 2.3 Thùng pha loãng rỉ đường

Hình 2.5 Thiết bị thuỷ phân tinh bột

[6, tr87]

Hình 2.4 Thùng hoà tan tinh bột

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

2.5.2 Pha chế dịch lên men

Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên mentạo sinh khối

Tiến hành : Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã phaloãng Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau:

- K2HPO4 0,15%

- MnSO4 2%

Điều chỉnh pH đến 6,7÷6,9

Hình 2.7 Thiết bị ép lọc kiểu phòng [22]

Hình 2.6 Thiết bị trung hoà [6, tr94]

Thiết bị: thiết bị pha chế dịch lên men.

2.5.3 Thanh trùng và làm nguội

Mục đích : Nhằm vô trùng môi trường dinh dưỡng trước khi lên men tránhxâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ của môi trường dinh dưỡngxuống nhiệt độ lên men thích hợp với vi sinh vật

Tiến hành : Thanh trùng ở 1400C trong 30 phút

Sau đó hạ nhiệt độ xuống còn 28÷300C và pH = 8

Thiết bị: Dùng thiết bị thanh trùng

2.5.4 Nhân giống

[5, tr171-173]

Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men

Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau:

Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 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)

2.5.4.1 Cấy truyền ra ống thạch nghiêng

-Môi trường thạch nghiêng:

Pepton: 1%

Cao thị bò: 1%

NaCl tinh chế: 0,5%

- Pha trộn môi trường: Dùng nước hoà tan các chất, cho thạch vào sau

đó cho NaOH vào điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2 Cuối cùng cho môi trường vào ốngnghiệm thanh trùng 20 ÷ 30 phút, áp lực 1kg/cm2 Sau đó hạ nhiệt độ xuống 50 ÷

600C, để ống nghiệm nghiêng thạch đông lại, sấy ở 45 giờ ở t0 = 320C, đem bảoquản lạnh

- Tiến hành : Dùng que cấy cấy giống gốc từ các ống thạch nghiêng để vào tủ

ấm trong 24 giờ cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời 1, cấy truyền sang ốngthạch nghiêng một lần nữa ta được giống đời 2

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

Hình 2.8 Ống thạch

nghiêng

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 giácsau đó đưa vào các máy lắc trong 24 giờ, sau đó bảo quản lạnh ở 50C

Hình 2.10 Thùng tôn Hình 2.9 Bình tam giác

-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 vàokhoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dầntính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít khôngkhí/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 thểkéo 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 kiệnthích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành acid glutamic.Nồng độ dịch lên men10÷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 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 acid 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

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

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

Hình 2.11 Nồi lên men

[6, tr203]

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 vớitốc độ 150÷180lít/phút trong thời gian 180phút, resin sau khi đã cation hoá có khảnăng giữ lại các anion chủ yếu là acid glutamic Sau đó dùng NaOH 4÷6%,lưu tốc6m/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

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 chonước vào ống xoắn trong thùng kết tinh để kết tinh dần, trong khi đó cách khuấyhoạt động làm acid glutamic kết tủa thành cục to, tơi, xốp Tám giờ sau ngừngkhuấy và hạ đến nhiệt độ không khí Sau 48 giờ dung dịch tách 2 pha Pha rắn làHình 2.12 Thiết bị trao đổi ion

[20]

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

Thiết bị: Thiết bị sấy

Hình 2.14 Thiết bị ly tâm [21]

Hình 2.15 Thiết bị sấy

[21]

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 khốitịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử dụng và cách sử dụng

Thiết bị : Máy đóng bao bì

Ngày làm việc 3 ca.

Bảng 3.1

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

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×(100100 2) = 812,24(kg/ngày)Lượng acid glutamic ẩm đi qua máy sấy

(812,24+4,00)×100100 06.5



 = 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×(100100 1) = 820,45 (kg/ngày)Lượng acid glutamic ướt vào máy ly tâm

864,00×100100 306



 = 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×(100100 1) = 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



 = 784,79 (lít/ngày)

Ta có Dacid glutamic = 1,54 g/cm3

(theo http//:physchem.ox.ac.uk/MSDS/GL/l-glutamic_Ketoglutaric bằng các kĩacid.htm)

Khối lượng dung dịch hoà tan

784,79 × 1,54 = 1208,57 (kg/ngày)Tổng khối lượng dịch trong quá trình kết tinh

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

1104,98×1001002

 = 1127,53 (kg/ngày)Lượng acid glutamic khô trước khi trao đổi ion

1127,53×10075 = 1503,38 (kg/ngày)Thể tích dịch acid glutamic trước khi trao đổi

3 10 20

38 , 1503



 = 75168,87 (lít/ngày)Thể tích dịch sau lên men là

2

87 , 75168

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 giốngcho vào là: mgiống II = 1070 × 1,04 = 595,73 (kg/ngày)

Lượng giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II

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 giác1000ml

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

54246,57×10060 = 32547,94 (kg/ngày)Lượng dịch rỉ đường đem phối trộn

54246,57×

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 = 32547,94×10085 ×10098 = 39073,16 (kg/ngày)

3.3.9.2 Trung hoà

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

m Dịch trước khi trung hòa = 39073,16×

99

100 = 39467,84 (kg/ngày)

Từ tỷ lệ phối trộn tinh bột:nước:acid để thủy phân 100:350:0,77(theo axít100%) Gọi x là lượng tinh bột ta có:

x + 100350 x + 0100,77 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

10 , 68 35

100

 = 194,57 (kg/ngày)

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 cónồng độ đường là 62% nên ta có lượng rỉ đường trước khi pha loãng là:

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

62

13

×99

100 = 4595,67 (kg/ngày)

3.3.9.5 Lọc dịch rỉ đường

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

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

85

100

×98

mH2SO4 = 5517,01×1000,5 = 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 1ngày

Tính cho 1ca

Tính cho 1giờ

1 Lượng rỉ đem phối trộn 21698.63 7232.8764 904.109544

3 Lọc dịch rỉ đường 5517.01 1839.00 229.88

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

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

4.1 Công đoạn xử lý nguyên liệu

4.1.1.Cyclon chứa tinh bột

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

phẩm/ngày.

Hình 4.1 : Cyclon chứa

Chọn số thùng chứa tinh bột là n = 1 để chứa lượng tinh bột cho một ca sảnxuất 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

4.1.2 Thùng hoà tan tinh bột

Thùng hoà tan tinh bột có đáy hình nón, có cánh khuấy, thân hình trụ Thiết bịlàm 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)

d D

H

h

h o

Năng suất theo ca là 396713 ,94 = 13223,98 (kg/ca)

Năng suất theo giờ là 132238 ,98 = 1653,00 (kg/giờ)

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

4.1.3 Thiết bị thuỷ phân tinh bột

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)

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

phẩm/ngày.

H

h 1

h 2 D

d

h 0

Hình 4.2 Thiết bị thuỷ phân

Thể tích của dịch thủy phân là:

Vdịch thủy phân = 16611059,10= 1,57 (m3/h)

Thời gian thuỷ phân là 20 phút

Năng suất cần của một mẻ là:

60

20 57

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

Chọn 1 thiết bị với các thông số sau:

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

Hình 4.3 Thiết bị trung hoà

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 =

Vthiết bị trung hòa = 10,55,8 = 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 trunghòa là d = 0,1 m, gốc ở đáy có  = 450

Tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có:

1 , 0 4

2 , 1 3

55 , 0 14 ,

Hình 4.4 Cấu tạo thiết bị ép lọc

4.1.6 Thùng chứa dịch tinh bột sau khi lọc

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 = 108491059,31 = 10,25 (m3)

<0,87360

6,9301

Hình 4.5 Thiết bị chứa rỉ đường

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

đầu là: Vthiết bị = 100,,258 = 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:

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 = 13001848,,5929 = 1,42 (m3)

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

Thiết bị làm việc trong thời gian là 6h và 30 phút tháo dịch như vậy tổng thời

gian làm việc của thiết bị là 390 phút

Năng suất cho một mẻ là 0,1860390 = 1,17 (m3)

Chọn hệ số chứa đầy  = 0,8

Vthiết bị = 10,17,8 = 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:

4.1.9 Thiết bị ép lọc khung bản

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 = 1300229,,8859 = 0,18 ( m3)Chọn thiết bi ép lọc khung bản màng mỏng của Trung Quốc sản xuất

2,9301

Thời gian một mẻ lọc là: 0,180,360 = 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 bịhình 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 = 10527232,,5287 = 6,87 (m3)

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

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 = 60,87,8 = 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 là18919,37 (kg/ca)

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

Thể tích của dịch lúc này là: Vdịch = 189191059,37 = 17,87 (m3)

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

Vthùng chứa = 170,,878 = 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:

hđáy = 1,45 (m)

Vđáy = 3,53 (m3)

Vthân = 22,34 – 3,53 = 18,81 (m3)

hthân = 2

3

81 , 18 4

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:

+ Hệ số chứa đầy: 0,6

+ Thể tích, m3: 40

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

+ Lượng môi trường được nạp, m3: đến 28

Thời gian lên men một mẻ là 40h Thiết bị ta tính cho một ca 8h Số thiết bị

cần chọn để quay vòng cho mẻ lên men là: 408 = 5

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)Chọn ống thuỷ tinh có thể tích 100ml

Số ống thuỷ tinh cần cho một ngày là: 100140 = 1,4

Chọn 2 ống

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 = 50,57,6 = 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

Chọn các thùng tôn thể tích 120lít để nhân giống cấp 1

Số thùng tôn cần cho một ngày việc là: n = 120700 = 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:



 = 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)

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

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

Thông số kỹ thuật:

+ Năng suất, m3/h: 9,6+ Thời gian qua cột, phút: 160+ Đường kính thùng, inchs: 30+ Chiều dài thùng, inchs: 96

+ Đường kính ống thoát, inchs: 2+ 3 kính ngắm, inchs: 12+ Kích thước, m: 1,43×2×3,6

4.8 Cation resin

Chọn resin làm cation trao đổi

Kiểu cation: ID#1110298 của hãng

Lượng dịch đem kết tinh cho 1giờ là 98,70 (kg/h)

Giả sử khối lượng riêng của dịch là 1300 (kg/m3)

Thể tích của dịch là 981300,70 = 0,08 (m3)

Thời gian kết tinh là 48 giờ

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

Hình 4.7 Cation resin