Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường ứng dụng vi khuẩn corynebacterium glutamicum năng suất 20 tấn nguyên liệungày

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường ứng dụng vi khuẩn Corynebacterium Glutamicum năng suất 20 tấn nguyên liệu/năm ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌ

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường ứng dụng vi khuẩn Corynebacterium

Glutamicum năng suất 20 tấn nguyên liệu/năm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC TỪ NGUYÊN LIỆU RỈ ĐƯỜNG ỨNG DỤNG VI KHUẨN

CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM NĂNG SUẤT 20

TẤN NGUYÊN LIỆU/NGÀY

Người hướng dẫn: TS BÙI XUÂN ĐÔNG Sinh viên thực hiện: LÊ ANH THẮNG

Số thẻ sinh viên: 107120275 Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017

Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường ứng dụng vi khuẩn Corynebacterium

Glutamicum năng suất 20 tấn nguyên liệu/năm

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường ứng dụng

vi khuẩn Corynebacterium glutamicum năng suất 20 tấn nguyên liệu/ngày

Sinh viên: Lê Anh Thắng

Số thẻ sinh viên: 107120275

Lớp: 12SH

Acid glutamic là một loại acid amin có thể tổng hợp trong cơ thể con người, và

thường thấy trong cơ thể động vật, thực vật dưới các dạng khác nhau Do acid

glutamic và các dẫn xuất có đặc tính riêng, chúng được dùng rộng rãi trong trị bệnh,

bổ sung sinh trưởng cho thực vật

Acid glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học và thực phẩm Trong

cơ thể người và động vật, acid glutamic có thể tham gia chức năng tổng hợp nên các

amino acid khác như alanin, lơsin, cystein, oxyprolin…Acid glutamic còn dùng làm

nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hoá chất quan trọng, được dùng rộng

rãi trong công nghiệp mỹ phẩm Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có

ý nghĩa lớn lao về xử lý môi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công

nghiệp khác

Từ luận giải trên, tôi đã tiến hành thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ

nguyên liệu rỉ đường ứng dụng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum năng suất 20

tấn nguyên liệu/ngày Để dảm bảo sự vận hành tôi đã tiến hành tính toán các công

đoạn và chọn thiết bị với các thông số kĩ thuật phù hợp để đạt được năng suất theo đề

tài Với điều kiện tự nhiên và nguồn nguyên liệu rỉ đường dồi dào tại Quãng Ngãi, nhà

máy sẽ được đặt tại đây để khai thác tối đa các nguồn lợi ở đây Nhà máy sẽ được xây

dựng trên khu đất với diện tích 9500 m2 gồm phân xưởng sản xuất chính với diện tích

1260 m2 và các công trình hỗ trợ khác như: kho nguyên liệu, kho thành phẩm, nhà

hình chính, nhà sinh hoạt, xưởng cơ điện, lò hơi, nhà xử lí nước thải, nhà để xe, nha

phát điện, kho nhiên liệu được bố trí hợp lí trong khu đất theo yêu cầu sản xuất

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cám ơn đến Bố, Mẹ, những người thân trong gia đình đã động viên cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian theo học tại trường

Xin cám ơn tập thể lớp 12SH đã cùng sát cánh và giúp đỡ trong suốt 5 năm học

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Lê Anh Thắng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Bùi Xuân Đông Các nội dung, kết quả trong đồ án này là trung thực được chính tôi thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc tính toán, nhận xét, đánh giá

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình Trường đại học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Sinh viên thực hiện

Lê Anh Thắng

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn………i

Lời cam đoan……… ……… ii

Mục lục……….……… iii

Danh mục hình ảnh……… …ix

Danh mục bảng biểu……… x

Danh mục thuật ngữ viết tắt……… xi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ 3

1.1 Đặc điểm tự nhiên 3

1.2 Vùng nguyên liệu 3

1.3 Hợp tác hoá 3

1.4 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu 4

1.5 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước 4

1.6 Giao thông vận tải 4

1.7 Thoát nước 4

1.8 Nhân công 4

1.9 Nguồn tiêu thụ sản phẩm 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

2.1 Giới thiệu nguồn nguyên liệu rỉ đường 5

2.2 Giới thiệu về acid glutamic 5

2.2.1 Tính chất vật lý 5

2.2.2 Vai trò của acid glutamic trong quá trình trao đổi chất 6

2.3 Phương pháp sản xuất acid glutamic 6

2.3.3 Phương pháp sinh tổng hợp (phương pháp lên men) 7

2.3.4 Phương pháp kết hợp 8

2.4 Vi sinh vật tham gia tổng hợp acid glutamic 8

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic 9

CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ 11

3.1 Chọn phương pháp sản xuất 11

3.1.1 Phương pháp lên men gián đoạn 11

3.1.2 Phương pháp lên men trực tiếp 11

3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 13

3.2.1 Xử lí nguyên liệu rỉ đường 14

3.2.2 Ly tâm 14

3.2.3 Pha chế dịch lên men 14

3.2.4 Thanh trùng và làm nguội 15

3.2.5 Nhân giống 15

3.2.6 Lên men 16

3.2.7 Lọc tách sinh khối 17

3.2.8 Cô đặc 17

3.2.9 Tẩy màu 17

3.2.10 Acid hoá và kết tinh 17

3.2.11 Ly tâm 18

3.2.12 Sấy 18

3.2.13 Bao gói 18

3.2.14 Bảo quản 19

CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 20

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm 20

4.2 Các số liệu ban đầu 20

4.3 Tính cân bằng vật chất 21

4.3.1 Xử lý rỉ đường 21

4.3.2 Ly tâm 21

4.3.3 Pha chế dịch lên men 21

4.3.4 Thanh trùng và làm nguội 22

4.3.5 Lên men 22

4.3.6 Lọc tách sinh khối 23

4.3.7 Cô đặc chân không 23

4.3.8 Tẩy màu 24

4.3.9 Acid hóa kết tinh 24

4.3.10 Ly tâm 2 25

4.3.11 Sấy 25

4.3.12 Làm nguội, phân loại 26

4.3.13 Bao gói 26

4.4 Tổng kết 26

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 28

5.1 Thùng chứa rỉ đường 28

5.2 Các thùng chứa khác của dây chuyền 29

5.3 Thiết bị thuỷ phân đường 30

5.4 Thiết bị ly tâm 30

5.5 Thiết bị pha chế dịch lên men 31

5.6 Thiết bị thanh trùng và làm nguội 33

5.7 Thiết bị lên men 34

5.8 Lọc ép khung bản 35

5.9 Thiết bị cô đặc 37

5.10 Thiết bị tẩy màu 38

5.11 Thiết bị kết tinh 38

5.12 Thiết bị ly tâm 2 39

5.13 Thiết bị sấy 40

5.14 Thiết bị sàng rung phân loại 41

5.15 Thiết bị đóng gói 42

5.16 Thiết bị nhân giống 43

5.16.1 Thiết bị nhân giống cấp 1 43

5.16.2 Thiết bị nhân giống cấp 2 44

5.16.3 Thiết bị nhân giống sản xuất (cấp 3) 45

5.17 Thiết bị vận chuyển 45

5.17.1 Gàu tải 45

5.17.2 Băng tải 47

5.17.3 Băng tải làm nguội 47

6.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy 50

6.2 Tổ chức lao động của nhà máy 50

6.2.1 Chế độ làm việc 50

6.2.2 Tính nhân lực lao động 50

6.3 Các công trình xây dựng của nhà máy 53

6.3.1 Phân xưởng sản xuất chính 53

6.3.2 Kho chứa nguyên vật liệu 53

6.3.3 Kho thành phẩm 54

6.3.4 Nhà hành chính 54

6.3.5 Xưởng cơ điện 55

6.3.6 Lò hơi, khí nén 55

6.3.7 Trạm biến áp 55

6.3.8 Máy phát điện dự phòng 55

6.3.9 Khu xử lý nước thải 55

6.3.10 Khu xử lý nước 55

6.3.11 Đài nước 56

6.3.12 Nhà sinh hoạt 56

6.3.13 Nhà để xe máy và xe đạp 56

6.3.14 Gara ôtô 56

6.3.15 Phòng bảo vệ 56

6.3.16 Nhà ăn 57

6.3.17 Kho nhiên liệu 57

6.3.18 Khu đất mở rộng 57

6.4 Qui cách xây dựng nhà máy 57

6.5 Tổng kết 57

CHƯƠNG 7: TÍNH HƠI - NƯỚC 60

7.1 Tính hơi 60

7.1.1 Tính nhiệt xử lý rỉ đường 60

7.1.2 Công đoạn thanh trùng 61

7.1.3 Công đoạn thanh trùng nồi lên men 65

7.1.4 Công đoạn cô đặc 65

7.1.5 Sấy acid glutamic 65

7.1.6 Tính toán các trạng thái của không khí và vật liệu sấy 66

7.1.7 Lượng hơi cần cung cấp cho nhà máy trong 1h 69

7.2 Tính nhiên liệu 69

7.2.1 Dầu Mazut (FO) 69

7.2.2 Xăng 70

7.2.3 Dầu Diesel (D.O) 70

7.2.4 Dầu nhờn 70

7.3 Tính nước 70

7.3.1 Nước dùng cho nhà ăn tập thể 70

7.3.2 Nước dùng cho sinh hoạt vệ sinh 70

7.3.3 Nước dùng cho cứu hỏa 70

7.3.4 Nước dùng cho tưới đường và tưới cây 70

7.3.5 Nước sử dụng trong sản xuất 71

7.3.6 Tổng lượng nước sử dụng trong nhà máy 71

CHƯƠNG 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 72

8.1 Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu rỉ đường 72

8.2 Kiểm tra các công đoạn sản xuất 72

8.2.1 Xử lý nguyên liệu 72

8.2.2 Pha chế dịch lên men 72

8.2.3 Lên men 72

8.2.4 Công đoạn sau lên men 73

8.2.5 Công đoạn tinh chế 73

8.3 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 74

CHƯƠNG 9: AN TOÀN LAO ĐỘNG 75

9.1 Những nguyên nhân gây ra tai nạn 75

9.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động 75

9.3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 76

9.3.1 Thông gió 76

9.3.2 An toàn về điện 76

9.3.3 An toàn sử dụng thiết bị 76

9.3.4 Phòng chống ồn và rung 76

9.3.5 Phòng chống cháy nổ 77

9.3.5 An toàn đối với hoá chất 77

9.3.6 Chống sét 77

9.4 Vệ sinh xí nghiệp 77

9.4.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân 77

KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Nguyên liệu rỉ đường 5

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử acid glutamic 6

Hình 2.3: Corynebacterium glutanicum 8

Hình 3.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ 13

Hình 5.1: Bể chứa rỉ đường 28

Hình 5.2: Thùng chứa hóa chất và bán thành phẩm 29

Hình 5.3: Thiết bị thủy phân rỉ đường 30

Hình 5.4: Thiết bị ly tâm nằm ngang 31

Hình 5.5: Thiết bị pha chế dịch lên men 32

Hình 5.6: Thiết bị thanh trùng làm nguội BR05 - 125 34

Hình 5.7: Thiết bị lên men dạng đứng 35

Hình 5.8: Thiết bị lọc ép khung bản 36

Hình 5.9: Thiết bị cô đặc chân không 37

Hình 5.10: Thiết bị tẩy màu 38

Hình 5.11: Thiết bị kết tinh 39

Hình 5.12: Thiết bị ly tâm 40

Hình 5.13: Sơ đồ thiết bị sấy băng tải 41

Hình 5.14: Sàng rung phân loại 42

Hình 5.15: Sơ đồ máy đóng gói 43

Hình 5.16 Thiết bị nhân giống 45

Hình 5.17: Gàu tải 46

Hình 5.18: Băng tải 47

Hình 5.19: Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy 50

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Thành phần môi trường lên men 12

Bảng 4.1: Biểu đồ sản xuất của nhà máy 20

Bảng 4.2: Bảng tổng kết số liệu tính toán cân bằng vật chất 26

Bảng 5.1: Bảng tổng kết các thùng chứa qua các công đoạn 29

Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm nằm ngang 31

Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật của thiết bị thanh trùng và làm nguội dạng tấm 33

Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật thiết bị lên men dạng đứng 34

Bảng 5.5: Thông số kỹ thuật thiết bị lọc ép khung bản 36

Bảng 5.6: Thông số kỹ thuật thiết bị cô đặc 37

Bảng 5.7: Thông số kỹ thuật thiết bị ly tâm 40

Bảng 5.8: Thông số kỹ thuật thiết bị sấy 41

Bảng 5.9: Thông số kỹ thuật máy sang rung phân loại 41

Bảng 5.10: Thông số kỹ thuật thiết bị đóng gói 43

Bảng 5.11: Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị 48

Bảng 6.1: Số lượng lao động gián tiếp 51

Bảng 6.2: Số lượng lao động trực tiếp 52

Bảng 6.3: Tổng kết các công trình xây dựng trong nhà máy 57

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

Acid glutamic là một loại acid amin có thể tổng hợp trong cơ thể con người, và thường thấy trong cơ thể động vật, thực vật dưới các dạng khác nhau Do acid glutamic và các dẫn xuất có đặc tính riêng, chúng được dùng rộng rãi trong trị bệnh,

bổ sung sinh trưởng cho thực vật

Acid glutamic có công thức phân tử:

HOOC - CH2 - CH2 - CH - COOH

NH2Acid glutamic có khối lượng phân tử 147,13 g/mol Nhiệt độ nóng chảy là 247 – 249oC Có tính chất là hoà tan trong nước, hầu như không tan trong cồn, ete và một

số dung môi

Acid glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học và thực phẩm Trong

cơ thể người và động vật, acid glutamic có thể tham gia chức năng tổng hợp nên các amino acid khác như alanin, lơsin, cystein, oxyprolin…nó tham gia vào phản ứng chuyển amin giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể Nó chiếm phần lớn thành phần protein, phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy trong y học còn sử dụng acid glutamic trong trường hợp suy nhược thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc

NH3 vào cơ thể, một số về tim, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan Acid glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hoá chất quan trọng, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm Một số dẫn xuất của L – acid glutamic như acetyl glutamic được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây nên

Trong công nghiệp thực phẩm, muối của acid glutamic là monoglutamat natri làm chất điều vị rất quan trọng mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm ngon hơn [2, tr1]

Acid glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon

Đó là một trong những ứng dụng của công nghệ sinh học vào trong sản xuất Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa lớn lao về xử lý môi trường

vì tận dụng được các phế thải của các ngành công nghiệp khác Hiện nay ở Quảng Ngãi có nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất acid glutamic nhưng chưa có nhà máy sản xuất acid glutamic nào ở đây

Với những luận cứ vào lý giải trên đây, tôi chọn đề tài “Thiết kế nhà máy sản

xuất acid glutamic từ nguyên liệu rỉ đường ứng dụng vi khuẩn Corynebacterium

glutamicum năng suất 20 tấn nguyên liệu/ngày” để thực hiên đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ

Khu vực miền Trung có nguồn nguyên liệu phục vụ cho sản xuất của khu vực lại rất phong phú Đây là một điều kiện rất thuận lợi để chúng ta sản xuất loại sản phẩm này cung cấp cho thị trường rộng lớn và tiến đến xuất khẩu Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic tại khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi Tỉnh Quảng Ngãi có nền công nghiệp cũng như kinh tế đang phát triển nhưng còn ở mức thấp Hiện nay ở tỉnh lực lượng lao động lớn nhưng do số lượng các nhà máy còn hạn chế nên lực lượng thất nghiệp còn nhiều Vì vậy, việc xây dựng một nhà máy trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi có ý nghĩa to lớn về giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, nâng cao mức sống, thúc đẩy nền công nghiệp, kinh tế của tỉnh nhà được phát triển

1.1 Đặc điểm tự nhiên

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

Về khí hậu, Quảng Ngãi là tỉnh có khí hậu tương đối ổn định, phân làm hai mùa

rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Gió chủ đạo: mùa đông - gió Đông Bắc; mùa hè - gió Tây Nam Nhiệt độ trung bình hàng năm là 25,70C, độ ẩm tương đối trung bình ở mức 85% [10]

1.2 Vùng nguyên liệu

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

1.3 Hợp tác hoá

Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp Tịnh Phong 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

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

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

1.5 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước

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

1.6 Giao thông vận tải

Quảng Ngãi nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông của hai miền Nam Bắc

Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế 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 là điều kiện rất thuận lợi về giao thông

1.9 Nguồn tiêu thụ sản phẩm

Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến dược phẩm, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm và thuỷ hải sản, các công ty chế biến thực phẩm, các công ty sản xuất mỹ phẩm vì đây là các công ty cần một lượng acid glutamic để phục vụ cho việc sản xuất

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

dựng nhà máy sản xuất acid glutamic tại khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu nguồn nguyên liệu rỉ đường

Rỉ đường mía (hình 2.1) là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%; các chất phi đường 10%; nước 20% [3, tr24]

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

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

Hình 2.1: Nguyên liệu rỉ đường

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

Đây là loại nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm, có hàm lượng biotin cao thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp acid glutamic từ chủng vi sinh vật Được vận chuyển về từ các nhà máy sản xuất đường ở Quảng Ngãi, Bình Định

2.2 Giới thiệu về acid glutamic

2.2.1 Tính chất vật lý

Acid L (+) – glutamic (thường gọi là acid glutamic) (hình 2.2) là những tinh thể không màu, to = 247-249oC (phân hủy), thăng hoa ở 200o Ít tan trong nước, etanol;

không tan trong ete, axeton Đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi đạm Dùng trong y học, trong nghiên cứu sinh hóa, bổ sung vào khẩu phần thức ăn Acid L (+) – glutamic có vị ngọt của thịt, còn acid D (-) – glutamic không có vị đó [3]

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử acid glutamic

2.2.2 Vai trò của acid glutamic trong quá trình trao đổi chất

Acid glutamic (còn gọi là acid – aminoglutaric) là hợp chất phổ biến nhất trong các protein của các loại hạt ngũ cốc, như trong prolamin của các hạt đậu chứa 43-46% acid này Acid glutamic đóng vai trò rất quan trọng trong việc trao đổi chất của cơ thể động vật, nhất là các cơ quan não bộ, gan và cơ nâng cao khả năng hoạt động của cơ thể Acid glutamic tham gia phản ứng thải loại amoniac, một chất độc với hệ thần kinh Amoniac là chất thải trong quá trình trao đổi chất Acid glutamic phản ứng với ammoniac cho aminoacid mới là glutamin Trong y học, acid glutamic được dùng như thuốc chữa bệnh yếu cơ và choáng [3, tr5]

2.3 Phương pháp sản xuất acid glutamic

Có nhiều phương pháp để sản xuất acid glutamic từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản [3, tr13]

2.3.1 Phương pháp tổng hợp hóa học

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên acid glutamic và các amino acid khác từ khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay các ngành khác

Ưu điểm:

Nhược điểm:

- Chỉ thực hiện ở những nước có nền công nghiệp hóa dầu phát triển

- Yêu cầu kĩ thuật cao

- Tạo ra hỗn hợp không qua cực D, L – acid glutamic, tăng chi phí cho việc tách

L - acid glutamic dẫn đến tăng giá thành sản phẩm

2.3.2 Phương pháp thủy phân

Phương pháp này sử dụng các tác nhân là hóa chất hoặc enzyme để thủy phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo ra hỗn hợp các aminoacid trong đó có acid glutamic Sau đó tách acid glutamic ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp hóa lý

Ưu điểm:

- Khống chế được quy trình và các điều kiện sản xuất

- Có thể áp dụng vào các cơ sở thủ công, bán cơ giới

- Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ

Nhược điểm:

- Cần sử dụng những nguyên liệu 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

- Môi trường làm việc bị nhiễm độc bởi acid, ảnh hưởng sức khỏe

2.3.3 Phương pháp sinh tổng hợp (phương pháp lên men)

Phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất acid glutamic bằng cách dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra acid glutamic để sản xuất

Ưu điểm:

- Không cần sử dụng nguyên liệu giàu protein

- Không phải sử dựng nhiều hóa chất và thiết bị chống ăn mòn

- Hiệu suất cao, giá thành hạ

- Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau

- Tạo ra acid glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao

Nhược điểm:

- Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiệm ngặt

- Điều kiện khử trùng phải tốt, nếu không sẽ giảm hiệu suất thu hồi

2.4 Vi sinh vật tham gia tổng hợp acid glutamic

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

dùng: Corynebacterium glutanicum, 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 từ 1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra acid glutamic) [3, tr52]

Giống vi khuẩn thuần khiết Corynebacterium glutamicum được lấy từ ống

thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng (như đã nói ở phần trên) Khối lượng sinh khối đuợc 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

Hình 2.3: Corynebacterium glutanicum [18]

Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều acid glutamic, tốc độ sinh

* Cơ chế tổng hợp thừa acid glutamic:

Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của penicillin hay dẫn xuất của chất béo Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra sự tổng hợp acid glutamic trong tế bào và không có sự tiết acid này ra môi trường Như vậy, acid glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate - dehydrogenaza tạo thành acid glutamic Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ cho acid glutamic ra ngoài và trong nội bào nồng độ acid 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 µg/l Còn nồng độ bioin tối thích cho sự sinh trưởng của chủng ở khoảng 14 µg/l Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt như Tween 60 - polyoxyetylen - socbitanmonostearat, Tween 40 – poyoxyetylen - sobitan monopalmitat như penicillin Các tác nhân bề mặt này được bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng Việc penicillin gây hư hại cho tính thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt

vì nhờ đó có thể sử dụng các nguyên liệu phức tạp như rỉ đường [2, tr80]

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic

2.5.2 Nguồn Nitơ

Cung cấp nitơ cho quá trình lên men acid glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơ cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử acid glutamic Người ta thường dùng các loại muối chứa NH4+ như NH4Cl (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4 hay NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấp cacbon

2.5.3 Nguồn muối vô cơ khác

Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích lũy acid glutamic Sự có mặt của các ion sau đây là cần thiết: K+, Mg+2, Fe+2, Mn+2, SO4+2, PO4+3 Trong đó K+, Fe+2 và đặc biệt là Mn+2 là quan trọng để thu lượng lớn acid glutamic, K+ cần cho tích lũy acid glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng

2.5.4 Chất điều hòa sinh trưởng

Chất điều hòa sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men acid glutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin Để có hiệu suất lên men cao thì nồng độ biotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng, thích hợp nhất là từ 2 - 5µg/l môi trường Biotin quyết định sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép acid glutamic thấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hóa cơ chất tạo nên acid glutamic

2.5.5 Ảnh hưởng của pH

pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG của các vi khuẩn sinh L-AG là trung tính hoặc hơi kiềm Khi dùng môi trường sacarit người ta phải điều chỉnh pH suốt quá trình lên men vì môi trường luôn có xu hướng trở nên acid do sự hình thành L-AG và các acid hữu cơ khác gây nên Liên tục bổ sung NH4+ để thực hiện hai chức năng cơ bản là điều chỉnh pH và cung cấp NH3 cho việc tổng hợp phân tử L-AG Có thể thay nhóm amôn bằng urê vì phần lớn ta có thể đưa NH3 dưới dạng khí hoặc nước vào lên men để điều chỉnh pH trong khoảng 7-8 giờ, tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG

2.5.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Đa số vi khuẩn sinh L-AG sinh trưởng và tạo L-AG tốt ở 30-35ºC , số ít ở 37ºC, cá biệt ở 41-43ºC Khi tiến hành quá trình nuôi dưỡng chính ở 37ºC và nuôi dưỡng phụ ở 30ºC thì hiệu suất chuyển hoá là 15% và kéo theo sự chuyển hoá của acid lactic Người ta biết có thể thay đổi nhiệt độ nuôi dưỡng khi thay đổi môi trường dinh dưỡng

35-2.5.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn

Sự cung cấp oxy và khuấy trộn trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng Do vi khuẩn lên men thuộc loại hiếu khí nên nếu không cung cấp đủ oxy cho chúng, đồng thời CO2 sinh ra trong quá trình biến dưỡng quá nhiều thì tế bào vi khuẩn

có khả năng chết, làm cho sinh khối giảm kéo theo sự suy giảm cả về lượng acid glutamic sản xuất Việc này nhằm hai mục đích:

- Duy trì nồng độ oxy hòa tan ở mức trên giá trị tới hạn

- Khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích lũy acid glutamic của vi khuẩn [3, tr 97 – 101]

CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ

3.1.1 Phương pháp lên men gián đoạn

Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α-Ketoglutaric bằng các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó, chuyển hóa α-Ketoglutaric thành aixt glutamic nhờ enzyme aminotransferanse và glutamatdehydrogenase

Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và axi tamin làm nguồn 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 acid glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển 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 có đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên men

Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên men trực tiếp acid glutamic và từ đó đến nay sản phẩm này hàng năm vẫn đứng đầu trong công nghiệp acidamin Acid amin 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 giai

đoạn sử dụng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum để sản xuất acid glutamic vớ môi

trường lên men gồm các thành phần trong bảng 3.1:

Bảng 3.1: Thành phần môi trường lên men

3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Hình 3.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ

H 2 O

Tẩy màu

Kết tinh (pH= 3,22 ;48 giờ)

Ly tâm

Sấy băng tải Phân loại

Sản phẩm Đóng gói

Than hoạt tính

HCl 37%

Cô đặc chân không (T= 70 o C, P ck = 600mmHg Bx=30%) Lọc sinh khối

Rỉ đường

Xử lý nguyên liệu (pH 2,2-2,5

60 o C, 6 giờ)

Ly tâm

Pha chế dịch (pH 6,7-6,9)

Thanh trùng, làm nguội (T 1 = 110 o C, 15 phút

T 2 = 28-30 o C)

Lên men (Bx= 12%, pH= 6,7-8 T= 32 o C, 38 giờ)

Thành phần khác

Nhân giống 1

Nhân giống 3 Nhân giống 2 Hoạt hóa

H 2 SO 4 98%

Bã

Sinh khối vsv Giống

Nước cái

3.2.1 Xử lí nguyên liệu rỉ đường

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

b Tiến hành

Cho 0,5% (tính theo khối lượng so với rỉ đường) H2SO4 98% vào một tấn mật rỉ tương ứng, ta đun toàn bộ lên 600C và khuấy đều liên tục trong 6h 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 và tạo kết tủa CaSO4

3.2.4 Thanh trùng và làm nguội

a Mục đích

Nhằm tiêu diệt vi sinh vật lạ (xạ khuẩn) dễ nhiễm tạp trong quá trình lên men

b Tiến hành

Dịch được bơm ngược chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao đổi nhiệt

Thanh trùng ở 1100C trong 15 phút Sau khi khử trùng dịch phải được hạ nhiệt độ xuống 28 - 300C, dịch lên men phải vô trùng tuyệt đối

3.2.5 Nhân giống

a Mục đích

Tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men

b Tiến hành

- Cấy truyền ra ống thạch nghiêng:

Môi trường thạch nghiêng:

Dùng que cấy giống gốc từ các ống thạch nghiêng để vào tủ ấm trong 24h cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời 1, cấy truyền sang ống thạch nghiêng một lần nữa ta được giống đời 2

- Giống cấp 1:

Môi trường giống cấp 1:

Đường glucoza tinh khiết 2,5%

B1 (đã pha 150g/l) 0,00015%

Chuẩn bị môi trường: dùng nước hoà tan các chất cho vào các bình tam giác

1000 ml, sau đó điều chỉnh pH= 7-7,2, sau đó đem đi thanh trùng 20-30 phút, áp lực 1kg/cm2, sau đó để nguội xuống 50-60oC rồi tiến hành cấy giống [4, tr49]

Giống từ các ống thạch nghiêng được cấy vào các bình tam giác sau đó đưa vào các máy lắc trong 24h, sau đó bảo quản lạnh ở 5oC

KOH để pH=9 Chuẩn bị môi trường: các chất được hoà trộn với nước sau đó thanh trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút Sau đó làm nguội xuống còn 300C và tiến hành lên men [3, tr49]

Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 320C, áp suất 1kg/cm3 không tiếp ure và dầu như quá trình lên men chính, lượng không khí cho vào khoảng 850-1100 lít/giờ, kiểm tra pH mỗi giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1-0,25-0,5l/ phút (1 lít không khí/lít môi trường/1 phút)

3.2.6 Lên men

a Mục đích

Thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp

để chuyển hoá đường và đạm thành acid glutamic Nồng độ dịch lên men 8÷25% [2, tr11]

b Tiến hành

Lên men tiến hành qua 3 giai đoạn :

và bắt đầu sinh sản, phân chia Ở giai đoạn này acid glutamic tạo ra rất ít, pH tăng từ 6,5÷6,7 lên 7,5÷8 (do bổ sung urê)

- Giai đoạn giữa: Từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26 Giai đoạn này không tăng số lượng tế bào hoặc tăng rất ít Lượng acid sinh ra nhiều làm pH giảm nên phải

bổ sung thêm urê để pH = 8

- 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 [3, tr174]

Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC

Lượng không khí: 30÷40cm3/h cho 1m3 môi trường

Cánh khuấy hai tầng: 180÷200vòng/phút

Khi bọt nhiều phải phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra [4, tr203]

3.2.7 Lọc tách sinh khối

a Mục đích

Acid glutamic tạo thành trong quá trình lên men được tiết ra ngoài tế bào vì thế

ta phải lọc loại sinh khối và thu dịch acid glutamic

8 giờ sau ngừng khuấy và hạ đến nhiệt độ không khí Tiến hành kết tinh trong 48 giờ [3, tr128]

- Pha lỏng: gồm nước và một ít acid glutamic không kết tinh hòa tan vào, ta gọi

đó là nước cái Phần nước cái đưa đi kết tinh lại

b Tiến hành

Dùng thiết bị ly tâm lọc tháo chất rắn tự động ở đáy, tinh thể sẽ được thu hồi, dịch sau ly tâm cuối cùng có chứa các khoáng chất, vitamin, chất hữu cơ khác cùng với tế bào vi sinh vật sẽ chuyển qua xử lý để làm phân vi sinh

3.2.12 Sấy

a Mục đích

Acid glutamic sau khi ly tâm vẫn còn một phần nước, cần tách ra để bảo quản được lâu khỏi bị chảy nước và phân hủy bởi vi sinh vật Để loại phần nước ra khỏi acid glutamic ta phải tiến hành sấy khô

b Tiến hành

Acid glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạy trên băng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm và làm khô acid

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

Quá trình kết thúc acid glutamic chỉ còn độ ẩm khoảng 0,5 - 1% [2, tr12]

CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm

Giả sử nhà máy ngày làm việc 3 ca/ngày Mỗi ca 8 giờ Tháng 11 mưa nhiều nên nhà máy nghỉ sản xuất 10 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị

Các ngày nghỉ trong năm:

+ Mỗi người công nhân được nghỉ phép 10 ngày/năm

+ Tết dương lịch nghỉ 1 ngày

+ Tết âm lịch nghỉ 5 ngày

+ Chiến thắng 30/4 nghỉ 1 ngày

+ Quốc tế lao động nghỉ 1 ngày

+ Giỗ tổ Hùng Vương nghỉ 1 ngày

+ Quốc khánh 2-9 nghỉ 1 ngày

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

Số ngày làm việc trong năm: 365 – 30 = 335 ngày

Số ca làm việc trong năm: 335  3 = 1005 ca

Bảng 4.1: Biểu đồ sản xuất của nhà máy

4.2 Các số liệu ban đầu

Ta giả sử hao hụt vật lý của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau:

- Làm nguội, phân loại 0,5%

- Bao gói, thành phẩm 0,5%

4.3 Tính cân bằng vật chất

Nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể với năng suất 20 tấn nguyên liệu/ngày:

Mrỉ đường = 20 tấn/ngày = 20000 kg/ngày

4.3.1 Xử lý rỉ đường

Lượng acid H2SO4 98% cho vào chiếm 0,5% khối lượng rỉ đường Khối lượng acid cho vào xử lý là:

MH2SO4 = 20000 × 0,5% = 100 (kg/ngày) Tỉ lệ hao hụt 1,5%

Lượng rỉ đường sau khi xử lý là:

M1 = (20000 + MH2SO4) × 100−1,5

100 = 19798,500 (kg/ngày)

4.3.2 Ly tâm

Tỉ lệ hao hụt là 1%

Lượng rỉ đường sau khi ly tâm là:

M2 = 19798,500 × 100−1

100 = 19600,515 (kg/ngày)

4.3.3 Pha chế dịch lên men

Pha chế dịch lên men

M3

M2

Tỉ lệ hao hụt là 0,5%

Khối lượng môi trường ở công đoạn pha chế là 19600,515 (kg/ngày)

Các chất khoáng được bổ sung trong quá trình pha chế là:

là 62%

M2 x 62% = Mbđ x 20%

=> MH2O = 19600,515 × 62

20 - 19600,515 +(39,201+ 19,601 + 0,980 + 39,201) = 41062,098 (kg/ngày)

Tỉ lệ hao hụt 1%

Khối lượng môi trường dinh dưỡng sau khi thanh trùng và làm nguội là:

Tỉ lệ hao hụt là 0,5%

Trong quá trình lên men có bổ sung dầu lạc 0, 1% để phá bọt, ure 1,8%

mgiống = 1052 × 2,845 = 2992,940 (kg/ngày) Lượng giống cấp II bằng 2% lượng giống cấp III:

Vgiống cấp II = 2% × 2,845 = 0,057 (m3/ngày)

mgiống cấp II = 1052 × 0,057 = 59,964 (kg/ngày)

Lượng giống cấp I bằng 2% lượng giống cấp II:

Vgiống cấp I = 2% × 0,057 = 1,14×10-3 (m3/ngày)

mgiống cấpI = 1052 × 1,14×10-3 = 1,200 (kg/ngày)

Khối lượng môi trường đem đi lên men là:

59853,210 + 1077,358 + 59,853 + 2992,940 = 63983,361 (kg/ngày) Lượng dung dịch chứa acid glutamic sau khi lên men là:

M5 = 63983,361 × 100−0,5

100 = 63663,444 (kg/ngày)

4.3.6 Lọc tách sinh khối

Tỉ lệ hao hụt là 1%

Lượng dung dịch acid glutamic sau khi lọc là:

M6 = 63663,444 × 100−1

100 = 63026,809 (kg/ngày)

4.3.7 Cô đặc chân không

Tỉ lệ hao hụt là 1%

Sau khi cô đặc nồng độ acid glutamic là 30% Trước khi cô đặc nồng độ acid glutamic là 12% [5, 523 trang]

Ta có công thức: C6V6 =C7V7

Trong đó: C6, C7 là nồng độ trước, sau cô đặc

V6,V7 là khối lượng dung dịch trước và sau cô đặc

Ta có: 12% × 𝑀6

𝑑6 =30% × 𝑀7

𝑑7 Với: d6 là khối lượng riêng của dung dịch acid glutamic 12%: d6 = 1105 (kg/m3)

d7 là khối lượng riêng của dung dịch acid glutamic 30%: d7 = 1500 (kg/m3) Lượng acid glutamic sau khi cô đặc:

M7 = 12% × 𝑀6

𝑑6 x

𝑑730%

= 12% x 63026,809

1105 x

1500 30% × 100−1

100 = 33880,475 (kg/ngày) Lượng nước bốc hơi khi cô đặc:

Mnước = 63026,809 - 33880,475 = 29146,334 (kg/ngày)

4.3.8 Tẩy màu

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Giả sử nồng độ acid glutamic không đổi trước và sau khi tẩy màu

Khối lượng dung dịch acid glutamic sau khi tẩy màu là:

M8 = 33880,475 × 100−0,5

100 = 33711,072 (kg/ngày)

4.3.9 Acid hóa kết tinh

Tỉ lệ hao hụt 1%, hiệu suất kết tinh là 85%

Tổng lượng dung dịch acid glutamic trước quá trình acid hóa và kết tinh là :

Mac = M8 + MddHCl + Mmầm Lượng mầm tinh thể bổ sung vào giao đoạn kết tinh chiếm 1-2% lượng acid glutamic đem đi kết tinh, ta chọn 2%

Acid hóa và kết tinh

M9 (chứa tinh thể và dung dịch)

M8 (dung dịch)

Nồng độ H+ sau kết tinh là [H+] = 10-3,2

Độ hoà tan của acid glutamic ở 120C là 325 g/l

Thể tích dung dịch acid glutamic trước khi kết tinh là :

4.3.10 Ly tâm 2

Tỷ lệ hao hụt là 1%

Độ ẩm trước ly tâm 2 là 70% (do nồng độ acid glutamic sau cô đặc chân không

là 30%)

Độ ẩm sau ly tâm 2 là 5%

Lượng acid glutamic ẩm sau khi vào ly tâm 2:

M10 = 34359,548 × 100−70

100−5 ×

100−1

100 = 10741,879 (kg/ngày) Lượng nước cái sau ly tâm:

M11 = M10 × 100−5

100−0,5 ×

100−1 100

= 10741,879 × 100−5

100−0,5 ×

100−1

100 = 10153,505 (kg/ngày)

4.3.12 Làm nguội, phân loại

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Lượng acid glutamic sau khi làm nguội là:

M12 = 10153,505 × 100−0,5

100 = 10102,737 (kg/ngày)

4.3.13 Bao gói

Tỉ lệ hao hụt 0,5%

Lượng acid glutamic thành phẩm là:

M13= 10102,737 × 100−0,5

100 = 10052,223 (kg/ngày)

4.4 Tổng kết

Bảng 4.2: Bảng tổng kết số liệu tính toán cân bằng vật chất

STT Công Đoạn Khối lượng

(kg/ngày) (kg/ca) (kg/năm)

1 Xử lý rỉ

đường

Lượng rỉ đường đem xử lý 20000 6666,667 7300000 Lượng H2SO4 cần

vào 41062,098 13687,366 13755802,830 Lượng khoáng bổ

sung 98,983 32,994 33159,305

Lượng giống vào lên men 2992,940 997,647 1002634,900 Ure 1077,358 359,119 360914,930 Dầu lạc 59,853 19,951 20050,755

6 Lượng canh trường đem đi lọc

tách sinh khối 63663,444 21221,148 21327253,740

7 Cô đặc

Lượng dịch cô đặc 63026,809 21008,936 21113981,020 Lượng nước

bốc hơi 29146,334 9715,445 9764021,890

8 Tẩy màu

Lượng dịch vào tẩy

màu 33880,475 11293,492 11349959,130 Than hoạt tính 669,600 223,200 244404

9 Kết tinh

Lượng acid glutamic 33711,072 11237,024 11293209,120 Mầm tinh thể 674,221 224,740 225864,035 Lượng acid HCl 6446,018 2148,673 2159416,030

10 Ly tâm dịch acid glutamic 34359,548 11453,183 11510448,580

11 Sấy băng tải 10741,879 3580,626 3598529,465

12 Làm nguôi, phân loại 10153,505 3384,502 3401424,175

13 Bao gói, bảo quản 10102,737 3367,579 3384416,895

14 Sản phẩm 10052,223 3350,741 3367494,705