Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 4570 tấn sản phẩm/năm

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 4570 tấn sản phẩm/năm

Axit glutamic thuộc loại axit amin thay thế nhưng có vai trò quan trọng trongquá trình trao đổi chất ở cơ thể người và động vật.

Axit glutamic tham gia cấu tạo nên chất xám và chất trắng của não, kíchthích các phản ứng oxi hoá của não

Khi vào cơ thể, axit glutamic chuyển hóa dưới dạng glutamat Mỗi ngày, cơthể cần khoảng 10 gam glutamat, riêng não cần khoảng 2,3 gam glutamat

Axit glutamic tham gia vào việc tạo thành protein và hàng loạt các axit aminkhác như: alanin, propin, xystin.Vì vậy, trong y học, axit glutamic được xem là chất

bổ não, chữa các bệnh thần kinh phân lập, bệnh chậm phát triển về trí não, về timmạch, các bệnh về cơ bắp thịt

Ngoài ra, axit glutamic là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột ngọt vàmột số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị, làm thức ăn thêm ngonhơn

Axit glutamic còn là nguồn nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một sốhoá chất quan trọng

Việc sản xuất axit 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 nhiều phương pháp sản xuất song có 4 phương pháp cơ bản: tổng hợp hoá học,thuỷ phân protit, lên men và kết hợp Song phương pháp lên men có nhiều ưu điểmhơn: không sử dụng nguyên liệu protit, không cần sử dụng nhiều hoá chất và thiết bịchịu ăn mòn, hiệu suất cao, giá thành hạ, tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tínhsinh học cao.

Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên em đượcgiao đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 4570 tấn sản phẩm/năm

CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT

Khu vực miền Trung chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic trong khi đónguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất của khu vực cũng rất phong phú Đây là mộtđiều kiện rất thuận lợi để chúng ta tiến hành sản xuất loại sản phẩm này nhằm cungcấp cho thị trường rộng lớn và tiến đến xuất khẩu Với những ưu điểm như vậy nênviệc xây dựng một nhà máy sản xuất axit glutamic ở Quảng Nam là việc làm hợp lý

và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình hoạt động

1.1.Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Quảng Nam [16]

Quảng Nam nằm ở trung độ của Việt Nam, phía Bắc giáp Huế và Đà Nẵng,phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp CHDCND Lào và tỉnh KonTum,phía Đông giáp biển Đông

Khí hậu nhiệt đới gió mùa; độ ẩm không khí trung bình 84%; gió Đông Bắc

từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau ( vận tốc gió trung bình 6-10m/s); gió Nam, ĐôngNam, Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 8 (vận tốc gió trung bình-6 m/s) Nhiệt độtrung bình:25,4oC Mùa đông dao động từ 29-24oC Lượng mưa trung bình hằngnăm: 2580mm, tập trung trong các tháng 9,10,11( chiếm 85% lượng mưa cả năm)

1.2 Vùng nguyên liệu

Ở Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV, đồng thời tỉnh QuảngNam còn giáp với tỉnh Quảng Ngãi, Bình định sẽ là nguồn cung cấp nguyên liệucho nhà máy rất thuận lợi

1.4 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu [34]

Sử dụng từ hệ thống lưới điện quốc gia 500KV truyền tải về KCN bằng đườngdây 110KV Tại chân KCN có Trạm biến áp 40 MVA (110/22), mạng 22 KV trongKCN

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 cung cấp từ các trạm xăng dầu trongtỉnh

1.5 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước [34]

Trong KCN có Nhà máy nước công suất 5.000 m3/ngày đêm cung cấp cho cácNhà máy Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải hoàn chỉnh

1.6.Giao thông vận tải:

Nằm gần Đà Nẵng, là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền Nam Bắc.Cách cảng Tiên Sa 29km về phía Bắc Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B nối ĐàNẵng với Tây Nguyên và Lào, Thái Lan Do đó thuận lợi cho việc vận chuyểnnguyên liệu và sản phẩm Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ,đường thuỷ, đường hàng không là những điều kiện thuận lợi về giao thông

1.7 Nhân công và thị trường tiêu thụ

Nguồn nhân công sẽ được tuyển từ nguồn lao động của địa phương và cácvùng lân cận, lượng lao động vãn lai cũng dồi dào từ đó có thể thuê nhân công vớigiá rẻ

Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường của cả nước và hướng đến xuấtkhẩu sang các nước trong khu vực, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á

1.8 Nguồn tiêu thụ sản phẩm

Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu của công ty là hướng vào công ty DượcBình Định Bidiphar, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm trong khu vực vìđây là các công ty cần một lượng lớn axit glutamic để phục vụ cho sản xuất hàngnăm Ngoài ra, các phế phẩm trong quá trình sản xuất cũng làm nguyên liệu cho nhàmáy phân bón phục vụ cho trồng trọt

Bên cạnh đó xuất khẩu sản phẩm sang các nước Lào và Campuchia cũng là thịtrường cần được hướng tới trong quá trình hoạt động của nhà máy.

Kết luận: Với những điều kiện thuận lợi trên là hoàn toàn có thể xây dựng

và đảm bảo cho sự hoạt động của một nhà máy sản xuất axit glutamic tại tỉnhQuảng Nam

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

2.1.Tinh bột sắn [1],[5]

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 xianua Sắn đắng có nhiềutinh bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều axit xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/

kg Sắn ngọt có ít axit xianhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm.Sắn trồng ở các tỉnh phía Bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không cóHCN

Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kĩ thuậtchế biến sắn Trong tinh bột sắn thường có các thành phần sau:

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

2.2 Mì chính và axit glutamic

2.2.1 Tính chất vật lý [6]

Hình 2.1 Tinh bột sắn [17]

nc = 247 - 249oC (phân huỷ), thăng hoa ở 200oC, độ quay cực riêng với tia D

ở 22oC: 31o Ít tan trong nước, etanol; không tan trong ete, axeton Đóng vai tròquan trọng trong việc trao đổi đạm Dùng trong y học, trong nghiên cứu sinh hoá,

bổ sung vào khẩu phần thức ăn Axit L (+) - glutamic có vị ngọt của thịt, còn axit D(–) - glutamic không có vị đó

2.2.2.Vai trò của axit glutamic [7]

Axit glutamic (còn gọi là axit – aminoglutaric) là hợp chất phổ biến nhấttrong các protein của các loại hạt ngũ cốc, như trong prolamin của các hạt đậu chứa43-46% axit này Axit glutamic đóng vai rò rất quan trọng trong việc trao đổi chấtcủa cơ thể động vật, nhất là các cơ quan não bộ, gan và cơ nâng cho khả năng hoạtđộng của cơ thể Axit glutamic tham gia phản ứng thải loại amoniac, một chất độcvới hệ thần kinh Amoniac là chất thải trong quá trình trao đổi chất Axit glutamic

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử axit glutamic[18]

[29]

phản ứng với amoniac cho aminoaxit mới là glutamin Trong y học, axit glutamicđược dùng như thuốc chữa bệnh yếu cơ và choáng.

2.3 Phương pháp sản xuất axit glutamic:

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

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nênaxit glutamic và các amino axit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu mỏ haycác ngành khác Tuy nhiên phương pháp này yêu cầu kĩ thuật cao, việc tách L-axitglutamic rất khó khăn nên giá thành sản phẩm cao

Phương pháp này sử dụng các tác nhân là hóa chất hoặc enzyme để thủyphân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo ra hỗn hợp các amino axit trong

đó có axit glutamic Sau đó tách axit glutamic ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháphóa lý

-Ưu điểm: + Khống chế được qui trình và các điều kiện sản xuất

+ Có thể áp dụng ở các cơ sở thủ công, bán cơ giới hóa

+ 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, hóa chất, thiết bị chống ăn mòn+ Hiệu suất thấp dẫn đến giá thành cao

Đây là phương pháp kết hợp giữa hóa học và lên men.Với phương pháp này

hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi kĩ thuật trang thiết bị hiện đại và chính xác Vì vậy

phương pháp này chỉ dùng trong nghiên cứu

+ Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) [5, trang 14]

Lên men là phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất axit glutamic

Phương pháp này dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axit

glutamic 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 quá trình

Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2

phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men trực tiếp

2.4.Chủng vi sinh [20]

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường

sử dụng là: Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus,

Micrococus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium

Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

từ 1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axitglutamic)

Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sởgiữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối

trong môi trường lỏng Khối lượng sinh khối được

nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất

đại trà Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng phải

được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur

Chủng vi khuẩn giống phải có khả

năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ

sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu đượcnồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất

* Cơ chế tổng hợp thừa axit glutamic:

Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng củapenicillin hay dẫn xuất của chất béo Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra

sự tổng hợp axit gutamic trong tế bào và không có sự tiết axit này ra môi trường.Như vậy, axit glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate-dehydrogenaza tạo thành axit glutamic Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉcho axit glutamic ra ngoài và trong nội bào nồng độ axit amin này thấp nên không

có sự ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng

độ biotin tối ưu là 2 – 5 g/l Còn nồng độ bioin tối thích cho sự sinh trưởng củachủng ở khoảng 14  g/l Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung cácchất hoạt động bề mặt như Tween 60-polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween-40poyoxyetylen-sobitan-monopalmitat như penicillin Các tác nhân bề mặt nàyđược bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng Việc penicillin gây hư hại cho tínhthấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ đó có thể sử dụng các nguyên liệu phứctạp như rỉ đường [4, tr 19]

Hình 2.3 Corynebacterium Glutamicum[20] [29]

2.5.Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men [7]

2.5.1 Độ pH của môi trường

Các chủng vi khuẩn sinh tổng hợp L-Glutamic đều thích hợp ở môi trườngtrung tính hay kiềm yếu ở pH=6,7 – 8 Trong quá trình lên men độ pH giảm vì tạo

ra axit glutamic và một số axit hữu cơ khác Do đó phải điều chỉnh độ pH thườngxuyên bằng NH+4 Nguồn NH+4 sử dụng phổ biến là ure, nước NH3, khí NH3,

NH+4Cl,…

2.5.2.Sự cung cấp O 2

Lên men tổng hợp axit glutamic là quá trình hiếu khí bắt buộc Do đó sựcung cấp oxi trong khi lên men là hết sức quan trọng Nếu thiếu O2 thì sản phẩm chủyếu là axit lactic, nếu thừa oxi thì sản phẩm chủ yếu là axit --xetoglutaric Oxiđược cung cấp cho dịch lên men bằng cách sục không khí vô trùng kết hợp vớikhuấy trộn liên tục, vận tốc cánh khuấy 150 vòng \phút

Nguồn cung cấp biotin là cao ngô, rỉ đường mía Trong quá trình lên mennếu dùng rỉ đường mía làm nguồn cung cấp đường và biotin thì thường xảy ra hiệntượng thừa biotin sẽ không có lợi, sinh tổng hợp axit glutamic ít, nếu sục khí kém sẽ

tạo ra alanin và axit lactic Vì vậy, người ta phải bổ sung thêm penicilin để kìm hãm

sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường giàu biotin đồng thời tăng trưởng quátrình tổng hợp axit glutamic

CHƯƠNG III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN

CÔNG NGHỆ3.1.Chọn phương pháp sản xuất [5]

Phương pháp lên men là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay để sản xuấtaxit glutamic

Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axit glutamic đểsản xuất

Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2 phươngpháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men 1 giai đoạn (trực tiếp)

3.1.1 Phương pháp lên men gián 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 axitglutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase

Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric bằng các kĩKetoglutaric thành axit glutamic có thể sử dụng nhiềuchủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia, Bacillus, Micrococus.Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và axit amin làmnguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp

3.1.2 Phương pháp lên men trực tiếp

Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất axit glutamic ngay trong dịchnuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặcbiệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành axit glutamic trong môi trường

Ưu điểm: + Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao

+ Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm

+ Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trìnhlên men

Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên

trong công nghiệp axit amin Axit glutamic sản xuất chủ yếu ở Nhật Bản, chiếm 50

% sản lượng thế giới, chủ yếu bằng phương pháp lên men trực tiếp

Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giaiđoạn để sản xuất acid glutamic

3.2.Quy trình sản xuất axit glutamic từ tinh bột sắn [2]

Đường hoá  _Ketoglutaric bằng các kĩamylaza

Pha chế dịch lên men (pH= 6,7-6,9)

Ép lọc

Axít hoá và kết tinh

Ly tâm Dịch sau ly tâm

Lọc rửa

Sấy

Làm nguội

Phân loại Bao gói

3.3 Thuyết minh quy trình sản xuất

3.3.1 Nguyên liệu

Tinh bột sắn là sản phẩm được chế biến từ củ sắn Trong tinh bột sắn chứa83-88% hàm lượng tinh bột Hơn nữa, Việt Nam hiện là nước đứng thứ 3 về xuấtkhẩu tinh bột sắn Vì vậy, tinh bột sắn thích hợp để làm nguyên liệu sản xuất axitglutamic

Sử dụng xylo để chứa tinh bột

3.3.2 Pha loãng, lọc [1]

Pha loãng nhằm làm trương nở các hạt tinh bột và sau đó tiến hành lọc nhằm

loại bỏ những chất cặn bã trong dịch tinh bột trước khi thủy phân

Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 33- 40 %

Sử dụng thiết bị hoà tan hình trụ, thép không rỉ, có cánh khuấy

Sau khi pha loãng, dung dịch tinh bột được chảy qua thiết bị lọc hình trụ bêntrong là màng lọc bằng kim loại, đặt trong thùng lọc nhằm làm sạch tinh bột trướckhi đưa vào thủy phân Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép không rỉ, phía trên có mànglọc bằng thép

to = 5 oC

3.3.3.Dịch hoá [3]

Mục đích của dịch hóa là chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung

dịch hòa tan chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn.

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

Quá trình dịch hóa bằng enzym  - amylaza được tiến hành ở t0 = 90-95,

pH = 5,5 7 Tên chế phẩm enzym  - amylaza được sử dụng là Termamyl Thiết bị: Thực hiện quá trình dịch hóa trong các nồi phản ứng 2 vỏ, làm bằng thépkhông gỉ, thân hình trụ [6, tr 87]

3.3.4.Làm nguội

Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 90 -950 C Do đó, phải làm nguội

để nhiệt độ dịch tinh bột giảm xuống khoảng 60-650 C để tiến hành quá trình đường hóa

 - amylaza,

Hình 3.1 Thiết bị hoà tan tinh bột [21]

Hinh 3.2.Thiết bị dịch hoá [23]

3.3.5.Đường hoá [3]

Mục đích của đường hóa là nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza –nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được

Dùng emzym  _Ketoglutaric bằng các kĩamylaza để thực hiện quá trình này

Các thông số kỹ thuật của quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60 –

65oC, thời gian 70h Thiết bị sử dụng cho quá trính dịch hóa và đường hóa là nồi 2 vỏlàm bằng thép không gỉ, có thân dạng hình trụ

3.3.6 Phối chế dịch lên men [6]

Mục đích :Tạo ra môi trường cho VSV sử dụng trong

quá trình lên men tạo sinh khối

Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột

và các chất khoáng vào môi trường lên men theo bảng

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

Sau khi thanh trùng dịch phải được hạ nhiệt độ 30 ÷320C

Yêu cầu dịch lên men phải vô trùng tuyệt đối

Chọn thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng

3.3.8 Giống vi sinh vật [5]

Giống sử dụng là vi khuẩn Corynebacterium glutamicum

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

3.3.8.1 Cấy truyền ra ống thạch nghiêng

-Môi trường thạch nghiêng: [5]

- Pha trộn môi trường: Dùng nước hoà tan các chất, cho thạch vào sau đó choNaOH vào điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2 Cuối cùng cho môi trường vào ống nghiệmthanh trùng 20 ÷ 30 phút, áp lực 1kg/cm2 Sau đó hạ nhiệt độ xuống 50 ÷ 600C, đểống nghiệm nghiêng thạch đông lại, sấy ở 45 giờ ở t0 = 320C, đem bảo quản 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

3.3.8.2 Giống cấp 1

-Môi trường giống cấp 1:[5]

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

3.3.8.3 Giống cấp 2

- Môi trường cấp 2 (thiết bị lên men 60 lít): [5]

Đường glucoza 2000gMgSO4 24g

H3PO4 60gNước chấm 300ml

Rỉ đường 600gUrê 480g

Dầu lạc 60ml

B1 20mgKOH để pH = 9

- Chuẩn bị môi trường: Các chất được hoà trộn cùng với nước sau đó thanhtrùng ở 1200C trong thời gian 30 phút Sau đó làm nguội xuống còn 320C và tiếnhành lên men trong các thiết bị lên men

-Tiến hành: Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 320C, áp suất1kG/cm3 không tiếp urê và dầu như quá trình lên men chính, lượng không khí chovào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăngdần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lítkhông khí/lít môi trường /1 phút) Đến giờ thứ 8 thì soi chọn giống: Nồi nào dùngđược thì 9 giờ giống có thể cấy tiếp sang nồi lên men chính (Đo OD dịch lên men,soi nồng độ vi khuẩn và xác định hàm lượng đường sót…) nếu chưa đạt yêu cầu thì

có thể kéo dài thời gian lên men thêm 1 ÷ 2h nữa

3.3.9 Lên men [7],[2]

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%

Hình 3.6: Thiết bị nhân giống cấp II [26]

Tiến hành: Môi trường sau khi chuẩn bị và thanh trùng xong được làm nguộiđến nhiệt độ lên men và cấy men giống vào với tỉ lệ 1% để lên men Thời gian lênmen 32-38h, nhiệt độ lên men 32-38oC Trong quá trình lên men phải cung cấpkhông khí vô trùng liên tục, bổ sung thêm ure để điều chỉnh pH của môi trường lênmen và phải khuấy trộn Do môi trường lên men tạo nên axit glutamic cùng vớithành phần của môi trường có xu hướng làm tăng sức căng bề mặt Vì vậy, trongquá trình lên men tạo thành nhiều bọt ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp nênphải sử dụng chất phá bọt.

Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục và tự động khi nồng độoxi hòa tan hoặc pH giảm Nồng độ đường bổ sung từ 38 – 45% [2]

3.3.10 Lọc

Mục đích: để loại xác tế bào vi khuẩn sau quá trình lên men

Dung dịch sau lên men được lọc bằng thiết bị lọc khung bản

Hình 3.7: Thiết bị lên men [28]

Sau khi tẩy màu cần cho vào thiết bị ép lọc để làm trong dung dịch Sử dụng thiết

bị lọc khung bản

3.3.14 Axít hoá và kết tinh [5]

Mục đích: chuyển axit glutamic từ pha lỏng sang pha rắn tinh thể

Axit hóa axit glutamic: Toàn bộ dung dịch axit glutamic thu được trên được đưa

về thùng kết tinh Cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa axit glutamic kết tủaquá sớm, kết tinh nhỏ và hiệu quả thấp Cho H2SO4 98% vào để tạo điểm đẳng điện ở

PH = 3,22 thì thôi và bắt đầu làm lạnh

Làm lạnh và kết tinh: dịch axit glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho nướclạnh khoảng 50C vào vỏ thùng và làm lạnh Trong quá trình này cánh khuấy hoạt độngliên tục làm cho axit glutamic kết tinh xốp và tơi, sau ít nhất 48 giờ thì quá trình kết tinhkết thúc

Hình 3.11.Thiết bị ly tâm SDC[30];[31]

Hình 3.12 Thiết bị lọc [32]

Tiến hành: Axit glutamic sau khi làm nguội được đưa vào máy đóng gói trong

các túi 0,5 kg Ở giữa túi có ghi nhãn hiệu, khối tịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử

Hình 3.13 Thiết bị sấy rung tầng sôi [33]

Hình 3.14 Máy phân loại XZS [33]

dụng và cách sử dụng Các túi axit glutamic nhỏ 0,5kg được bọc trong 1 túi lớn

khoảng 10 kg được bọc bằng giấy chống ẩm và đóng hộp carton đưa qua nhập kho[16]

Hình 3.15 Thiết bị bao gói đứng TTM-1300KB [33]

CHƯƠNG IV CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 Chọn các số liệu ban đầu

Năng suất của nhà máy: 4570 tấn sản phẩm/năm

Nguyên liệu dùng: tinh bột

Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau: Pha loãng,lọc 0,5%

Ta có tổng kết thời gian sản xuất của nhà máy trong một năm như sau:

Số ngày làm việc trong năm: 365 – 24 = 341 ngày.

Số ca làm việc trong năm: 341  3 = 1023 ca

4.3 Cân bằng vật liệu

Nhà máy sản xuất axit glutamic tinh thể với năng suất 4570 tấn/năm Nhưvậy năng suất mỗi ngày của nhà máy là:

maxit glutamic = 4570 : 341 = 13,4 tấn/ngày = 13400 kg/ngày

4.3.1.Làm nguội và bao gói

Tỉ lệ hao hụt là 1%

Lượng axit glutamic trước khi bao gói là:

35 , 13535 1

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 0,5%

Lượng axit glutamic thu được trước khi phân loại là:

37 , 13603 5

, 0 100

100 35

Giả sử tinh thể axit glutamic có độ ẩm trước và sau khi sấy lần lượt là:

Độ ẩm trước khi sấy là 3%

Độ ẩm sau khi sấy là 0,4%

Lượng tinh thể axit glutamic ẩm đem sấy là:

14109 3

100

4 , 0 100 1 100

100 37

14109 15102 , 42

8 100

3 100 5 , 1 100

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này 2%

Khối lượng axit glutamic trước khi ly tâm đã tính hao hụt là:

63 , 15410 2

100

100 42

,



Giả sử độ ẩm của axit glutamic trước khi ly tâm là 11%

Độ ẩm sau khi ly tâm là 8%

Lượng axit glutamic trước khi ly tâm là:

15930 11

100

8 100 63 ,

Độ ẩm trước li tâm 11%, tức độ ẩm sau kết tinh là 11%

Nồng độ axit glutamic trước kết tinh 30% [ 2]

Lượng axit glutamic ẩm sau kết tinh đã có tính tổn thất:

15930 ×(100100 1,5) 

70 100

11 100



 = 47978,95 (kg/ngày)

4.3.7.Lọc ép

Tỉ lệ hao hụt của quá trình này là 0,5%

Lượng axit glutamic trước khi hao hụt là

05 , 48220 5

, 0 100

100 95

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1%

Khối lượng dịch axit glutamic trước khi tẩy màu là:

12 , 48707 1

100

100 05

Sau khi cô đặc nồng độ axit glutamic là 30% nên lượng axit glutamic tạothành là:

14612 , 136

100

30 12 ,

100 136

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 2%

Khối lượng dịch axit sau khi hao hụt là:

88648 , 39

2 100

100 43

100

100 39

54 , 90457





Lượng giống cho vào lên men là 5% thể tích dịch môi trường Vậy lượng

giống cho vào là Vgiống = 4 , 37

100

5 39 ,

mgiống cấpI = 1070 × 0,0437= 46,759 (kg/ngày).

Khối lượng môi trường đem đi lên men là:

90457,54 – 4675,9 = 85781,64 (kg/ngày)

4.3.12 Thanh trùng và làm nguội

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

Lượng môi trường trước khi tiến hành quá trình là:

12 , 86648 1

100

100 64

,



4.3.13 Pha chế dịch lên men

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

Lượng môi trường trước khi xảy ra hao hụt là:

35 , 87523 1

100

100 12

17 39 ,

Chọn lượng đường hao hụt trong quá trình lên men 2%, phối chế 1% thì lượngđường cần có:

09 , 19020 1

100

100 2

100

100 3

162n 180nHàm lượng tinh bột sắn ban đầu là:

17118 , 081

180

162 09 ,

100 081

100 57

100 76

Bảng 4.1 Bảng tổng kết khối lượng qua các công đoạn

1 Tinh bột ban đầu 17118,081 5706,027 713,25

Xylo có thể tích đủ để chứa nguyên liệu sản xuất một giờ, có dạng hình trụ,

đáy hình nón có góc nghiêng  =600, được chế tạo bằng thép Chọn hệ số chứa đầy

m: khối lượng nguyên liệu cần xử lý, kg 600

 : khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3 h1

) 2 2 4 4

( 3 4

2 2 1 2

Tinh bột cần trong 1ca : 57026,027 (kg)

Gỉa sử tinh bột có độ ẩm là 10% thì khối lượng tinh bột là:

57026 , 027 57083 , 1

1 , 0 100

Khối lượng riêng của tinh bột sắn: d = 1570 (kg/m3) [35]

Thể tích của nguyên liệu tinh bột:

 D= 3,3

Đường kính xylo chứa: D = 3,3 m

Đường kính ống tháo liệu: d = 0,2 m

Chiều cao ống tháo liệu: h = 0,2 m

Chiều cao thân xylo: h2 = 1,3D = 4,29 m

Chiều cao chóp: h D d tg

2 1



Chiều cao xylo: H = h2 + h1 + h = 4,29+ 2,68 + 0,2 = 7,17 ( m)

Số xylo chứa: 1 xylo chứa

5.2 Thiết bị hòa tan

Thiết bị hòa tan được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ, đáy và nắp hìnhchỏm cầu

Gọi h1 là chiều cao hình trụ, h là chiều cao nắp và đáy

2

4 , 0 4

6 , 1

D D

h D

Thể tích chỏm cầu:

1500

19 ) 4

3 ( 6

3 2

h h

V cc    Thể tích thiết bị:

3 3

375

5 , 159 1500

19 2 4

Giả sử một mẻ hòa tan trong 25 phút

Khối lượng riêng tinh bột sắn: d = 1570 (kg/m3) = 1,57 (kg/l) [20]Khối lượng riêng dịch tinh bột sắn 40 % :1,228 (kg/l)

hHh

1

hD

Theo bảng (4.2), thùng hoà tan phải chứa đủ lượng dịch tinh bột sắn hòa tantrong 1 giờ:1865,98 (kg/h).

Thể tích dịch hòa tan trong 1 giờ:

228 , 1

98 , 1865

= 1519,53(l/h)

Chọn hệ số chứa đầy thiết bị:  = 0,8

Thể tích của thiết bị:

42 , 791 60

25 8

, 0

53 , 1519

375 79 , 0

Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h = 1,344 + 2  0,084 = 1,512 (m)

Số thiết bị hòa tan:1 thiết bị

65 , 1856

Vậy số thiết bị dịch hóa là 1 thiết bị.

5.4 Thiết bị đường hóa

Thể tích tinh bột đường hóa là: Vtinh bột = 11853 , 57

228 , 1

19 , 14556

Vậy số thiết bị đường hóa là 9 thiết bị

5.5 Thùng pha chế dịch lên men:

Chọn thùng có dạng hình trụ đứng, vỏ thùng được làm bằng thép không gỉ.Bên trong có cánh khuấy, nắp và đáy hình chỏm cầu

Tinh bột sau khi đường hóa và pha chế dịch lên men có năng suất 3646,8 (kg/h).Khối lượng riêng dịch đường (14%) lúc này là:

dich

 = 1039,98 (kg/m3) [12,trang 58]

Thể tích của dịch lúc này là:

4 , 0 4

6 , 1

D D

h D

Thể tích chỏm cầu:

3 2

2 2

4

3 (

D h

h

V cc   Thể tích thiết bị:

Vtb = Vtr + 2Vchỏm cầu

3 3

4 ,

45 , 0

38 , 4

h

h

1

hD

Vậy chọn thiết bị pha chế có kích thước sau:

D = 1,45 (m); H = 2,61(m)

5.6 Thiết bị thanh trùng và làm nguội:

Thể tích dịch đem thanh trùng V = 10393610,3,98 = 3,47(m3/h)

Chọn 1 thiết bị thanh trùng dạng tấm:

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị tấm dạng truyền nhiệt BR4: [14]

+ Kích thước thiết bị, mm: 1870×700×1400

Số lượng thiết bị n=15,4720 =0,77 Ta chọn 1 thiết bị

5.7.Thiết bị nhân giống cấp I:

Lượng giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II [4,trang 119]

Thời gian nhân giống cấp 1 là từ 18h

Số bình tam giác cần cho một ngày việc là:

n = 2 , 42 1824=1,82 bình Ta chọn 2 bình tam giác.

5.8 Thiết bị nhân giống cấp II:

Thể tích giống cấp hai cần nhân trong một ngày là 0,437 (m3/ngày)

Vcấp II = 0,437 (m3/ngày)Chọn hệ số chứa đầy  = 0,6

Thể tích của thiết bị nhân giống là:

Vthiết bị = 0,4370,6 = 0,72 (m3) Nhân giống cấp hai được thực hiên trong các nồi lên men có dạng hình trụ, nắp vàđáy hình chỏm cầu

Tính toán như mục 5.5, ta được:

3

45 , 0

72 , 0

Thời gian nhân giống cấp II là 9h

Vậy số thiết bị là:1 thiết bị

5.9.Thiết bị nhân giống cấp III

Thể tích giống cấp ba cần nhân trong một ngày là 4,37 (m3/ngày)

Vcấp III = 4,37 (m3/ngày) Chọn hệ số chứa đầy  = 0,6