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

là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic cung cấp cho thị trường trong nước. Ở đề tài này tôi chọn thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày từ nguyên liệu là rỉ đường 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 đó trong 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. Diện tích 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 là hướng Đông-Nam. Nhiệt độ không cao quá 370C cũng không thấp quá 150C, độ ẩm tương 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. 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 thành phố, 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 sản xuất. 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. 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 Hoà Khánh của thành phố Đà Nẵng. CHƯƠNG II: CHỌN VÀ THIẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1. Chọn phương pháp sản xuất Acid glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong các 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 pháp sau: 2.1.1. Phương pháp hoá học Phương pháp này trước đây được sử dụng dài ở các nước châu Âu. Về nguyên tắc thì phương pháp này sử dụng các chất hoá học thông qua các phản ứng mà tổng hợp nên. Tuy nhiên, phương pháp này tạo ra cả acid amin dạng D và L đây là nhược điểm 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 có hàm 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, giá thành 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. + 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 vào chủng 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. Với phương pháp này tuy mang lại hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi về kĩ thuật và trang thiết 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 phương pháp 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 kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó chuyển hoá α_Ketoglutaric thành acid glutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase. Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric 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 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 + acid amin = L_glutamic + acid xetonic Amin hoá khử: α_Ketoglutaric + NH4 + NADH + H+ ==== L_glutamic + 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 làm nguồn 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_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 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 cho quá 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 có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic) Hình 2.1 Corynebacterium glutamicum. 2.4. Qui trình sản xuất acid glutamic [5, tr167] Rỉ đường Tinh bột Hoà nước Na2CO3 H2SO4 pH = 4 đun 125÷1300C trong 6÷8h Xử lý HCl Thuỷ phân 1380C,20 phút Lọc Na2CO3, than hoạt tính Trung hoà Pha loãng 13÷14% Ép lọc Pha chế dịch lên men pH = 6,7÷6,9 K2HPO4 0,15% MgSO4 0,075% MnSO4 2% Urê 2,2% Thanh trùng 1100C,10 phút Giống gốc Làm nguội 28÷300C Nhân cấp I CấpII urê 1,8% dầu lạc 0,1% Lên men pH = 8,0 Pha loãng Bình trao đổi ion pH = 5÷5,5 Kết tinh Ly tâm Sấy Tinh thể acid glutamic Bao gói Bảo quản quản 2.5. Thuyết minh qui trình 2.5.1. Xử lí nguyên liệu 2.5.1.1. Rỉ đường Thành phần của rỉ đường: - Nước 20% [5,tr25] - Đường 62% - Các chất phi đường 10% a. Xử lí rỉ đường Mục đích: loại bỏ các tạp chất không mong muốn và các vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn. 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 Hình 2.1 Thiết bị nghịch đảo đường [6, tr92] b. Lọc Mục đích của lọc là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng. Thiết bị: Dùng thiết bị lọc khung bản màng mỏng. Hình 2.2 Thiết bị lọc khung bản [22] c. Pha loãng Nhằm pha loãng rỉ đường đến nồng độ cho phép mà vi sinh vật có thể sử dụng được. Pha loãng đến nồng độ 13÷14%. Thiết bị: Thùng pha loãng. Hình 2.3 Thùng pha loãng rỉ đường 2.5.1.2. Tinh bột Thành phần của tinh bột sắn: - Tinh bột 83÷88% [5, tr24] - Nước 10,6÷14,4% - Đạm 0,1÷0,4% - Chất khoáng 0,1÷0,6% - Chất hoà tan 0,1÷ 1,3% Sử dụng Cyclon để chứa tinh bột. a. Hoà tan Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột nhằm dễ dàng cho quá trình thuỷ phân. Hình 2.4 Thùng hoà tan tinh bột 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 HCl (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. Hình 2.5 Thiết bị thuỷ phân tinh bột. [6, tr87] 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 trình dễ dàng hơn. Tiến hành : Dùng NaCO3 trung hoà 2HCl + NaCO3 NaCl + CO2 + H2O Thiết bị : Dùng thiết bị trung hoà. Hình 2.6 Thiết bị trung hoà [6, tr94] d. Ép lọc Mục đích : Tách các phần bã và các chất không hoà tan được trong dung dịch đường glucoza 16÷18%. Hình 2.7 Thiết bị ép lọc kiểu phòng [22] 2.5.2. Pha chế dịch lên men Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men tạo sinh khối. Tiến hành : Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã pha loãng. Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau: - K2HPO4 0,15% - MnSO4 2% Điều chỉnh pH đến 6,7÷6,9 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 tránh xâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng xuống 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 ra ống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi trong thùng 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% Hình 2.8 Ống thạch nghiêng Cao thị bò: 1% NaCl tinh chế: 0,5% Thạch: 2% - 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 ống nghiệm 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 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 ống thạch nghiêng một lần nữa ta được giống đời 2. 2.5.4.2. Giống cấp 1 -Môi trường giống cấp 1: Đường glucoza tinh khiết 2,5% Rỉ đường 0,25% Nước chấm 0,32% MgSO4.7H2O 0,04% Hình 2.9 Bình tam giác Fe, Mn (đã pha 2000g/l) 0,002% Urê 0,5% B1 (đã pha 150g/l) 0,00015% Chuẩn bị môi trường: Dùng nước hoà tan các chất cho vào các bình tam giác 1000ml, 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 ÷ 600C rồi tiến hành cấy giống. Tiến hành: Giống từ các ống thạch nghiêng được cấy vào các bình tam giác sau đó đưa vào các máy lắc trong 24 giờ, sau đó bảo quản lạnh ở 50C. 2.5.4.3. Giống cấp 2 - Môi trường cấp 2( thiết bị lên men 60 lít): Đường glucoza 2000g MgSO4 24g H3PO4 60g Nước chấm 300ml Rỉ đường 600g Urê 480g Hình 2.10 Thùng tôn Dầu lạc 60ml B1 20mg KOH để pH = 9 - Chuẩn bị môi trường: Các chất được hoà trộn cùng với nước sau đó thanh trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút.Sau đó làm nguội xuống còn 320C và tiến hành lên men trong các thùng tôn. -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 vào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít không khí/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 thể kéo 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 kiện thích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành acid glutamic.Nồng độ dịch lên men 10÷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 có trong môi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Ở giai đoạn này acid glutamic tạo ra rất ít. pH có 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. 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. Hình 2.11 Nồi lên men [6, tr203] Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. 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 với tốc độ 150÷180lít/phút trong thời gian 180phút, resin sau khi đã cation hoá có khả năng giữ lại các anion chủ yếu là acid glutamic. Sau đó dùng NaOH 4÷6%,lưu tốc 6m/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. Hình 2.12 Thiết bị trao đổi ion [20] 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 cho nước vào ống xoắn trong thùng kết tinh để kết tinh dần, trong khi đó cách khuấy hoạt động làm acid glutamic kết tủa thành cục to, tơi, xốp. Tám giờ sau ngừng khuấy và hạ đến nhiệt độ không khí. Sau 48 giờ dung dịch tách 2 pha. Pha rắn là 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. Hình 2.13 Thiết bị kết tinh [6,tr150] 2.5.8. Ly tâm Mục đích : Thu acid glutamic từ hỗn hợp có nước nhằm dễ dàng cho quá trình sấy. Thiết bị: Thiết bị ly tâm lọc tháo chất rắn tự động ở đáy. Hình 2.14 Thiết bị ly tâm [21] 2.5.9. Sấy Mục đích : Acid glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau ly tâm phải sấy ngay. 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. Thiết bị: Thiết bị sấy acid glutamic Hình 2.15 Thiết bị sấy [21] 2.5.10. Bao gói 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 khối tịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử dụng và cách sử dụng. Thiết bị : Máy đóng bao bì Hình 2.16 Máy đóng gói [23] 2.5.11. Bảo quản Các túi acid glutamic nhỏ 0,5kg được bọc trong 1 túi lớn khoảng 10kg được bọc bằng giấy chống ẩm và đóng hộp các tông đưa qua nhập kho. Hình 2.17 Acid glutamic CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1. Giả thuyết Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau: - Xử lý nguyên liệu 1% - Ép lọc dịch tinh bột 2% - Lọc dịch rỉ đường 2% - Pha dịch lên men 1% - Lên men 1% - Trao đổi ion 2% - Kết tinh 1% - Ly tâm 1% - Sấy 2% Nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể với năng suất 800 kg thành phẩm/ngày. 3.2. Biểu đồ sản xuất - Các ngày nghỉ trong năm: + Tết dương lịch nghỉ 1 ngày + Tết âm lịch nghỉ 4 ngày + Chiến thắng 30-4 nghỉ 1 ngày + Quốc tế lao động nghỉ 1 ngày + Giỗ tổ hung vương nghỉ 1 ngày + Quốc khánh 2-9 nghỉ 1 ngày + Chủ nhật nghỉ 1 ngày Tháng 11 mưa nhiều nghỉ 10 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị. Ngày làm việc 3 ca. Bảng 3.1 Tháng123456789101112Cả nămSố ngày làm272027242726272725271627300Số ca làm816081728178818175814881900 3.3. Cân bằng vật liệu Trong một năm nhà máy hoạt động 300 ngày. Năng suất cả năm là: macid glutamic = = 240 (tấn/năm). 3.3.1. Sấy Tỉ lệ hao hụt là 2% Độ ẩm trước khi sấy là 6% Độ ẩm thành phẩm là 0,5% Lượng ẩm trong acid glutamic thành phẩm 0.5× 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× = 812,24(kg/ngày) Lượng acid glutamic ẩm đi qua máy sấy (812,24+4,00)× = 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× = 820,45 (kg/ngày) Lượng acid glutamic ướt vào máy ly tâm 864,00× = 1160,23 (kg/ngày) Lượng dịch tách ra khi ly tâm 1160,23 - 864,00 = 296,23 (kg/ngày) 3.3.3. Kết tinh Tỉ lệ hao hụt là 1% Hiệu suất kết tinh là 75% Theo bảng 20 [5,tr51] Độ hoà tan của acid glutamic ở 120C là 352 g/l Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao 820,45× = 828,74(kg/ngày) Lượng acid glutamic khô khi chưa kết tinh = 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 = 784,79 (lít/ngày) Ta có Dacid glutamic = 1,54 g/cm3 (theo http//:physchem.ox.ac.uk/MSDS/GL/l-glutamic_acid.htm) Khối lượng dung dịch hoà tan 784,79 × 1,54 = 1208,57 (kg/ngày) Tổng khối lượng dịch trong quá trình kết tinh 1208,57 + 1106,23= 2368,81(kg/ngày) 3.3.4. Trao đổi ion Tỉ lệ hao hụt là 2% 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× = 1127,53 (kg/ngày) Lượng acid glutamic khô trước khi trao đổi ion 1127,53× = 1503,38 (kg/ngày) Thể tích dịch acid glutamic trước khi trao đổi = 75168,87 (lít/ngày) Thể tích dịch sau lên men là = 37584,43 (lít/ngày) 3.3.5. Lên men Tỉ lệ hao hụt là 1% Khối lượng dịch sau lên men 37584,43 × 1,54 = 57880,03 (kg/ngày). Lượng dịch trước lên men 57880,03 × = 58464,67(kg/ngày). Giả sử tỷ trọng của dịch là d = 1050,1 (kg/m3), suy ra thể tích dịch lên men là: V = = 55,68 (m3/ngày). Trong quá trình lên men có bổ sung dầu lạc 0, 1% để phá bọt, ure 1,8%. murê 1,8% = 58464,67 × 1,8% = 1052,36 (kg/ngày). m dầu lạc 0,1% = 58464,67 × 0,1% = 58,46 (kg/ngày). 3.3.6. Giống 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 giống cho vào là: mgiống II = 1070 × 1,04 = 595,73 (kg/ngày) Lượng giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II Vgiống cấp I = 10% × 0,56 = 5,5.10-3 (m3/ngày). mgiống cấp I = 1070 × 5,5.10-3 = 5,96 (kg/ngày). Lượng giống thạch nghiêng bằng 10% lượng giống cấp I Vgiống thạch = 10% × 5,5.10-3 = 5,5.10-5 (m3/ngày). mgiống thạch = 1070 × 0,1.10-3 = 0,06 (kg/ngày). Lượng dịch môi trường đem đi lên men là: 58464,67 - (1052,36 + 58,46 +595,73) = 56758,12 (kg/ngày) 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: Bảng 3.2 Hoá chấtNồng độ bổ sungKhối lượng(kg/ngày)K2HPO40,15%85,14MgSO40,075%42,57MnSO42%1135,16Urê2,2%1248,68 Lượng môi trường khi chưa cho các chất bổ sung là 54375,21 - (85,14 + 42,57 + 1135,16 + 1248,68) = 54246,57 (kg/ngày) 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 Bảng 3.3 Cơ chấtTỉ lệKhối lượng (g)Peton1%0,6Cao thịt1%0,6NaCl0.50%0,3Thạch2%1,19 3.3.8.2. Môi trường giống cấp I Khối lượng tính cho tổng công đoạn nuôi giống cấp 1 trong bình tam giác 1000ml. Bảng 3.4 Cơ chấtTỉ lệKhối lượng (g)Đường2,5%148,93Rỉ đường0,25%14,89Nước chấm0,32%19,06MgSO40,04%2,38Fe, Mn0,002%0,12Ure0,5%29,79B10,00015%0,01 3.3.8.3. Môi trường giống cấp II Khối lượng tính cho thùng tôn có thể tích 120 lít Bảng 3.5 Đường4000gMgSO448gH3PO4120gNước chấm600mlRỉ đường1200gUre960gDầu lạc120mlB140g 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× = 32547,94 (kg/ngày) Lượng dịch rỉ đường đem phối trộn 54246,57× = 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××= 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× = 39467,84 (kg/ngày). 3.3.9.3. Thuỷ phân Quá trình thủy phân tổn hao là 1% nên ta có: m dịch thủy phân = 39467,84× = 39866,51 (kg/ngày) Từ tỷ lệ phối trộn tinh bột:nước:acid để thủy phân 100:350:0,77(theo axít 100%). Gọi x là lượng tinh bột ta có: x + x + 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 = 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 có nồng độ đường là 62% nên ta có lượng rỉ đường trước khi pha loãng là: m rỉ đường trước khi pha loãng = 20787,64× × = 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××= 5517,01 (Kg/ngày). 3.3.9.6. Xử lý rỉ đường Lượng H2SO4 dùng để xử lý rỉ đường là 0,5% mH2SO4 = 5517,01× = 27,59 (Kg/ngày). Lượng rỉ đường đem đi xử lý là: mrỉ đường xử lý = (5285,39 - 27,59)×= 5544,87 (kg/ngày). 3.4. Tổng kết STTCông đoạnTính cho 1 ngàyTính cho 1 caTính cho 1 giờ(kg)(kg)(kg)1Lượng rỉ đem phối trộn21698.637232.8764904.1095442Xử lý rỉ đường5544.871848.29231.043Lọc dịch rỉ đường5517.011839.00229.884Trước pha loãng rỉ đường4595.671531.89191.495Sau pha loãng21698.637232.88904.116Lượng tinh bột8844.092948.03368.507Lượng dịch tinh bột lúc thuỷ phân39866.5113288.841661.108Trung hoà tinh bột39467.8413155.951644.499Lượng dịch tinh bột phối trộn 32547.9410849.311356.1610Ép loc dịch tinh bột39073.1613024.391628.0511Dịch đem lên men56758.1218919.372364.9212Dịch sau lên men57880.0319293.342411.6713Trao đổi ion (lít)75168.8725056.293132.0414Kết tinh2368.81789.6098.7015Ly tâm1160.23386.7448.3416Sấy864.00288.0036.00 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 4.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu 4.1.1.Cyclon chứa tinh bột Chọn số thùng chứa tinh bột là n = 1 để chứa lượng tinh bột cho một ca sản xuất. 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 Vtinh bột = = = 1,97 (m3). Hình 4.1 : Cyclon chứa Chọn hệ số chứa đầy = 0,8 thùng chứa dạng hình trụ có thể tích là: Vthiết bị = = 2,46 (m3). Chọn đường kính thiết bị là D = 1,4m. Đường kính ống tháo là d = 0,6m. Chọn α = 60o, h0 = 0,1m ta có: Chiều cao phần nón là: h = ×(D - d)×tg60 = = 0,7 (m) Thể tích phần nón là: Vnón = ×π×h×(D2 + Dd + d2) = ×π ×0,7×(1,42 + 1,4×0,6 + 0,62) Vnón = 0,60 (m3). Vtrụ = Vthiết bị – Vnón = 2,46 – 0,6 = 1,86 (m3) H = = = 1,21 (m) hthiết bị = H + h + h0 = 1,21 + 0,7 + 0,1 = 2,01 (m) Chọn cyclon chứa có kích thước như sau: Vthiết bị = 2,46 (m3); hthiết bị=2,01(m) Dthiết bị = 1,40 (m); Dống tháo = 0,60 (m) 4.1.2. Thùng hoà tan tinh bột Thùng hoà tan tinh bột có đáy hình nón, có cánh khuấy, thân hình trụ. Thiết bị làm 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) Năng suất theo ca là = 13223,98 (kg/ca) Năng suất theo giờ là = 1653,00 (kg/giờ) Giả sử khối lượng riêng dịch tinh bột là 1059 (kg/m3) Vậy thể tích dịch tinh bột là = 1,56 (m3/h) Chọn hệ số chứa đầy là 0,8. Vthiết bị = = 1,95 (m3). Chọn dường kính thiết bị là D = 1,4 m. Đường kính ống tháo là d = 0,2m. Chọn α = 60o, h0 = 0,1m. Tính tương tự cho cyclon chứa tinh bột ta có: Chiều cao phần nón là: h = = 1,04 (m) Thể tích phần nón là: Vnón = ×π ×1,04×(1,42 + 1,4×0,2 + 0,22) = 0,62 (m3). Vtrụ = 1,95 – 0,62 = 1,33 (m3) H = = 0,86 (m) hthiết bị = 0,86 + 1,04 + 0,1 = 2,00 (m) Chọn thùng hoà tan tinh bột: Vthiết bị = 1,95 (m3); hthiết bị = 2 (m) Dthiết bị = 1,4 (m); Dống tháo = 0,2 (m) Chọn 1 thùng hoà tan tinh bột. 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). Thể tích của dịch thủy phân là: Vdịch thủy phân = = 1,57 (m3/h) Thời gian thuỷ phân là 20 phút. Năng suất cần của một mẻ là: = 0,52 (m3). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là φ = 0,8 ta có thể tích của thiết bị là: Vthiết bị = = 0,65 (m3). Hình 4.2 Thiết bị thuỷ phân 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 thủy phân là d = 0,1m, h0 = 0,1m, = 600. Chiều cao của đáy chóp tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có: h2 = = 0,61 (m) Vđáy = = 0,12 (m3) Tính thể tích nắp thiết bị, chọn h1 = 0,2m. Vnắp = × π × hnắp×(D2 + hnắp) = ×π ×0,2×(12 + 0,2) Vnắp = 0,10 (m3) Thể tích phần thân hình trụ: Vthân = V – Vđáy – Vnắp = 0,65 – 0,12 – 0,10 = 0,43 (m3). Chiều cao của phần trụ là: H = = 0,86 (m). Chiều cao thiết bị là hthiết bị = H + h1 + h2 + h0 = 0,86 + 0,20 + 0,61 + 0,10 = 1,77 (m) Chọn 1 thiết bị với các thông số sau: hthiết bị = 1,77 (m); Dthiết bị = 0,8 (m); Vthiết bị = 0,65 (m3) 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 = 1059 (kg/m3). Làm việc liên tục. Thể tích của dịch đem đi trung hòa là: V dịch trung hòa = = = 1,55 (m3) Với hệ số chứa đầy = 0,8 Hình 4.3 Thiết bị trung hoà Thể tích của thiết bị: Vthiết bị trung hòa = = 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 trung hòa là d = 0,1 m, gốc ở đáy có = 450. Tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có: hđáy = ×tg45 = 0, 55 (m). Vđáy = = 0,22 (m3) Vthân = 1,94 - 0,22 = 1,72 (m3). Chiều cao của phần trụ là hthân = = 1,52 (m) hthiết bị= 1,52 + 0,55 = 2,07 (m). Chọn thiết bị có: h = 2,07 (m); V = 1,94 (m3); D = 1,2 (m) Chọn 1 thiết bị. Hình 4.4 Cấu tạo thiết bị ép lọc 4.1.5. Thiết bị ép lọc Khối lượng dịch đem lọc là 1628,05 (kg/h) Thể tích của dịch lọc V dịch lọc = = 1,53 (m3/h) Chọn thiết bị buồng lọc ép của Trung Quốc sản xuất. Model máy : của công ty WENZHOU TIANLI FILTER PRESS CO.,LTD. Liên hệ theo www.chinatianli.com. Bảng 4.1 Đặc tính kỹ thuậtNăng suất, m3/h Diện tích bề mặt lọc, m2 Áp suất làm việc, MPa Số lượng bản, cái Bề dày của tấm, mm Kích thước mặt ngoài của bản, mm Kích thước thiết bị, mm Khối lượng, t Bề dày lưới lọc, mm Số lượng, cái1,7 120 Lương của cán bộ công nhân viên trong toàn nhà máy trong 1 năm: L = 121 × 1200000 × 12 = 1742,4×106 (đ). 7.2. Tiền bảo hiểm xã hội Tính băng 10% tổng số lương của cán bộ công nhân viên trong nhà máy. B = 0,1 × 1742,4×106 = 174,24×106 (đ). 7.3. Vốn đầu tư xây dựng 7.3.1. Vốn đầu tư xây dựng các công trình chính Bảng 7.1 Chi phí xây dựng các công trình STTTên công trìnhDiện tích (m2)Đơn giá (106 đồng/m2)Thành tiền (106 đồng)1Nhà sản xuất chính12601,721422Phân xưởng cơ điện721,51083Kho nguyên liệu2161,53244Kho thành phẩm2161,53245Phân xưởng lò hơi1081,2129,66Nhà hành chính4321,6691,27Khu xử lý nước 721,51088Kho nhiên liệu241,228,89Kho hoá chất241,228,8Tổng cộngX1=3884,4 Khấu hao các công trình chính: - Tỉ lệ khấu hao a1 = 6%. Trong đó khấu hao cơ bản 3% và khấu hao sửa chữa mới 3%. Khấu hao cho công trình chính: (đồng). 7.3.2. Vốn đầu tư các công trình phụ Lấy bằng 30% vốn đầu tư công trình chính. (đồng). Tỉ lệ khấu hao a2 = 5%. Khấu hao công trình phụ: (đồng). 7.3.3. Vốn đầu tư đường giao thông và tường bảo vệ Lấy bằng 5% vốn đầu tư công trình chính. (đồng). Tỉ lệ khấu hao là a3 = 3%. (đồng). 7.3.4. Chi phí thăm dò và thiết kế công trình Lấy bằng 2% vốn đầu tư các công trình chính. (đồng). 7.3.5. Tổng vốn đầu tư xây dựng (đồng). 7.3.6. Tổng khấu hao các công trình (đồng). 7.4. Vốn đầu tư cho thiết bị 7.4.1. Vốn đầu tư mua thiết bị chính Bảng 7.2 Chi phí đầu tư thiết bị chính STTTên thiết bịĐơn giá (106 đ)Số lượngThành tiền (106 đ)1Cyclon chứa tinh bột121122Thùng hoà tan tinh bột141143Thiết bị thuỷ phân tinh bột901904Thiết bị trung hoà tinh bột301305Ép lọc tinh bột601606Thùng chứa dịch lọc tinh bột141147Bể chứa rỉ đường301308Thiết bị xử lý rỉ đường851859Ép lọc dịch rỉ đường5015010Thùng pha loãng rỉ đường1611611Thùng pha chế dịch lên men1611612Thanh trùng và làm nguội70214013Nồi lên men100550014Thùng nhân giống cấp 21066015Thùng chứa dịch lên men1811816Thiết bị trao đổi ion8018017Thùng kết tinh5015018Thiết bị ly tâm6016019Thiết bị sấy100110020Máy đóng gói8018021Thùng chứa dịch hồi lưu71722Băng tải 3039023Gầu tải4028024Bơm BЦH52,582025Bơm BЦH10382426Bơm H-HM333927Bơm CA-1500M1,8610,828Máy biến áp100110029Máy phát điện dự phòng100110030Thiết bị tiệt trùng không khí100110031Sàn phân loại7017032Xe vận tải2002400Tổng cộng2515,8 Tổng vốn đầu tư mua thiết bị chính: (đồng). 7.4.2. Vốn đầu tư mua thiết bị phụ Lấy bằng 20% tổng số vốn mua thiết bị chính. (đồng). 7.4.3. Vốn đầu tư mua thiết bị kiểm tra chất lượng và máy móc phòng thí nghiệm. Lấy bằng 10% tổng vốn đầu tư mua thiết bị chính. (đồng). 7.4.4. Chi phí lắp ráp vận chuyển Lấy bằng 20% tổng vốn đầu tư mua thiết bị chính. (đồng). 7.4.5. Tổng vốn đầu tư mua thiết bị (đồng). 7.4.6. Khấu hao thiết bị Tỉ lệ khấu hao a = 10%. (đồng). 7.5. Vốn đầu tư mua nguyên vật liệu và nhiên liệu 7.5.1. Chi phí trực tiếp Bảng 7.3 STTTên nguyên vật liệu và nhiên liệuĐơn giá 103 đ/kg (lít)Số lượng Kg(lít)/nămThành tiền 103 (đ)1Rỉ đường (kg)3166346149903832Tinh bột sắn (kg)42653227106129083Giống gốc (kg)500018900004Dầu DO (kg)8408569,363268554,885Dầu FO (kg)6,5150097506Xăng (lít)14,5210003045007Dầu nhờn (kg)161200192008Điện (kWh)0,8237840019027209Nước (m3) 1,53120046800Tổng cộng 21244815,88 Chi phí tổng cộng: C1 = 21244,82×106 (đồng). Tiền mua các nguyên liệu khác như HCl, NaCO3, NaOH…vv Chọn (đồng). * Tổng chi phí: =23373,91×106 (đồng). 7.5.2. Chi phí gián tiếp 7.5.2.1. Chi phí sử dụng máy móc Lấy phần khấu hao máy móc. (đồng). 7.5.2.2. Chi phí xây dựng Lấy phần khấu hao xây dựng. (đồng). 7.5.2.3. Chi phí ngoài sản xuất Lấy bằng 5% chi phí trực tiếp. (đồng). 7.5.2.4. Tiền lãi vốn vay ngân hàng a. Lãi vốn vay lưu động Nhà máy vay vốn ngân hàng với lãi suất 1,8%/tháng thời hạn 3 tháng chi vào chi phí trực tiếp. Tiền lãi trong 1 năm là: (đồng). b. Lãi cố định Nhà máy vay vốn ngoại tệ với lãi suất 1,5%/tháng để chi phí vào xây dựng và mua máy móc thiết bị. Tiền lãi 1 năm là: (đồng). * Tổng chi phí trả lãi ngân hàng: (đồng). 7.5.2.5. Tổng chi phí gián tiếp trong 1 năm (đồng). 7.5.2.6. Tổng vốn lưu động trong 1 năm (đồng). 7.6. Tính hiệu quả kinh tế 7.6.1. Giá thành sản phẩm Giá sản xuất bình quân 1kg acid glutamic thành phẩm: Trong đó: Q là năng suất của nhà máy, Q = 240×103 (kg/năm). (đồng/kg). 7.6.2. Lợi nhuận hàng năm của nhà máy Trong đó: - Q: Năng suất của nhà máy. - B: Giá bán của nhà máy, B = 150000 (đồng/kg). - G: Giá sản xuất. - T: Thuế doanh thu hằng năm của nhà máy. (đồng). (đồng). 7.6.3. Thời gian hoàn vốn (năm). Vậy thời gian hoàn vốn là 2 năm 4 tháng 13 ngày. CHƯƠNG VIII KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM Kiểm tra sản xuất và sản phẩm nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm của nhà máy, đảm bảo cho công nhân thao tác đúng kỹ thuật tránh được những mối nguy hại đến sản phẩm trong thời gian nhanh nhất và tránh ảnh hưởng hư hại đến máy móc. 8.1. Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu 8.1.1. Rỉ đường Đối với rỉ đường phải đảm bảo về cảm quang dịch rỉ có màu nâu sáng không có mặt của khuẩn lạc nấm mốc. Có thể pha loãng và soi kính hiển vi để đảm bảo mật độ vi sinh vật trong đó là không quá 1 triệu vi sinh vật trên 1 gam rỉ. 8.1.2. Tinh bột sắn Đánh giá cảm quan về tinh bột sắn là có màu trắng sáng không có màu nâu hay đục và không có nấm mốc phát triển. Phải đảm bảo tỉ lệ tinh bột cao từ 83÷88% là tốt. 8.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất 8.2.1. Xử lý nguyên liệu Trong quá trình thuỷ phân tinh bột và xử lý rỉ đường cần thường xuyên kiểm tra nhiệt độ, PH đảm bảo tỉ lệ thích hợp giữa axít và môi trường để đảm bảo hiệu suất cho quá trình. + Đối với thuỷ phân tinh bột đo dịch ra có nồng độ Be = 100 là đạt và pH= 1,5. 8.2.2. Phối chế dịch lên men Cần kiểm tra tỉ lệ chất dinh dưỡng cho vào dịch trước khi đi thanh trùng. Kiểm tra pH dung dịch trung tính để bảo đảm cho quá trình sau khi thanh trùng đem lên men ngay. 8.2.3. Lên men Đây là giai đoạn qua trọng nhất trong quá trình sản xuất của nhà máy vì vậy cần kiểm tra thường xuyên và nghiêm ngặt. Để đảm bảo quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện kỹ thuật sau: + Nhiệt độ: luôn giữ ở 320C. + Áp suất: 1kG/cm2. + Lượng không khí: 30÷40m3/giờ cho 1m3 môi trường. + Cánh khuấy: đạt 180÷200 vg/ph. + Khi pH giảm đến 7 phải bổ sung urê ngay cho pH lên đến 8, bổ sung 1 nồi lên men gián đoạn 2÷3 lần. + Khi bọt nhiều phải tiếp dầu phá bọt để CO2 thoát ra dễ dàng. * Các chế độ kiểm tra cần thiết trong giai đoạn này: + Nhiệt độ, lượng không khí, áp suất phải kiểm tra thường xuyên có chiều hướng thay đổi phải chỉnh ngay. + pH mỗi giờ kiểm tra một lần. + OD đo độ đục trên máy so màu thường đo vào các giờ thứ 0; 6; 12; 18. + Độ đường: phân tích xác định hàm lượng đường vào các giờ thứ 0; 6; 12; 18; 20; 24 và đến khi kết thúc. Xác định hàm lượng đường theo phương pháp Béctrăng Nguyên lý: Dùng Kaliferoxianua và Kẽm axetat để tách đường ra khỏi mẫu.Sau đó dùng dung dịch Feling để nhận biết sự có mặt của đường, rồi dùng sắt(III)sunfat để loại lượng đồng oxyt tạo thành, sau đó dùng dung dịch thuốc tím để xác định hàm lượng đường có trong 100ml dịch mẫu. +Urê bổ sung vào các giờ thứ 0; 6; 12. + Axít glutamic đo vào các giờ thứ 6; 12; 16; 20; 24; 28; 30 và kết thúc quá trình. Qua số liệu theo dõi và phân tích, biểu diễn thông thường là hàm lượng đường giảm dần, axít glutamic tăng dần. Nhưng cá biệt có trường hợp lên men nửa chừng thì đường vẫn hao đều nhưng axít glutamic tạo ra không tăng, thậm chí còn giảm. Trong trường hợp đó cần xác định rõ nguyên nhân cho chính xác và quyết định biện pháp xử lý ngay, nếu chậm đường sẽ hao hết và axít tạo ra trong các giờ trước cũng hao hết. Nguyên nhân thông thường gây ra hiện tượng này là do dịch đã bị nhiễm trùng do không khí, urê hoặc dầu mang vào, loại tạp khuẩn này sống bằng axít glutamic và cùng tồn tại với vi khuẩn lên men, hai loại này không tiêu diệt lẫn nhau. Tuỳ tình hình cụ thể mà có hướng giải quyết, nếu axít glutamic tạo ra với hàm lượng đã cao rồi thì ngừng ngay quá trình lên men, nếu lượng axít glutamic chưa đáng kể mà đường còn cao thì gia nhiệt thanh trùng và lên men lại từ đầu. 8.2.4. Công đoạn trao đổi ion Trong giai đoạn này cần kiểm tra pH của dịch sau lên men để đảm bảo ở 5÷5,5 là đạt. Kiểm tra hàm lượng axít glutamic trong khoảng 18÷20g/l. 8.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm Acid glutamic phải đảm bảo các chỉ tiêu hoá lý sau: - Với sản phẩm là axít giá trị cảm quan là tinh thể màu trắng sáng các hạt đều nhau. - pH = 3,3. - Độ ẩm đạt 0,5 là tốt. CHƯƠNG IX AN TOÀN LAO ĐỘNG 9.1. An toàn lao động Tất cả các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất theo bản chất tác động đến con người có thể chia ra thành những yếu tố sau: lý học, sinh học và tâm sinh lý. Thuộc nhóm thứ nhất bao gồm các máy móc và cơ cấu truyền động, các bộ phận di động của các thiết bị không được bảo vệ tốt, các vật liệu di chuyển, thành phẩm, tăng nhiệt độ bề mặt của thiết bị, điện áp trong mạch điện. Thuộc nhóm thứ hai có quan hệ tới chất độc có thể gây thương tích khi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, lớp da và đường tiêu hoá. Nhóm thứ ba bao gồm các chất sinh học, vi sinh vật và một số các sản phẩm hoạt hoá sinh học. Kết hợp các yếu tố quá tải về lý học và tâm trạng thần kinh. Quá tải về lý học có thể bao gồm quá tải lao động, quá tải tỉnh và quá tải kém động.Những tải trọng về tâm trạng thần kinh xuất hiện do trí óc quá mệt mỏi, do hoạt động đơn điệu và do xúc cảm cao. 9.1.1. Các biện pháp dự phòng an toàn Nồng độ các chất dể cháy nỗ có thể tạo thành bên trong khu vực sản xuất, bên trong các thiết bị, bể chứa. Theo quy luật thì những chất lỏng dể cháy được bảo quản trong các bể cách nhiệt, tốt nhất là bảo quản dưới đất. Trong khi đỗ đầy và tháo cặn chúng cần phải theo dõi cẩn thận các quy luật va định mức hoạt động. Không cho phép sử dụng không khí nén để tạo áp cho chất lỏng dể cháy từ thiết bị này qua các thiết bị khác, vì tỉ lệ hơi và không khí cũng như bụi bên trong thiết bị có thể dẫn tới tạo thành nồng độ dễ nổ. Để tạo quá áp trong trường hợp này tốt nhất nên dùng khí trơ. Dùng các bơm có dạng màng hay không có vòng khít để bơm các loại chất lỏng dể cháy nhằm loại trừ rò rỉ. Để năng ngừa tia lửa điện tạo thành, các nguồn nung nóng trong các khu dể nổ và cháy,tất cả những dụng cụ lấy điện, mở điện và các phương tiện tự động cần phải hoàn thành các kiểu phòng nổ và kín nước. Nước sản xuất trước khi xả vào hệ thống rãnh cần phải trung hoà, làm sạch dầu mỡ, nhựa và các hợp chất độc khác trong thiết bị làm sạch. Khi lắp ráp các nguồn ánh sáng và các thiết bị điện cần phải tuân thủ các quy định của các thiết bị điện đối với mỗi khu vực. 9.1.2. An toàn vận hành trong sản xuất các chất sinh học Điều kiện cơ bản để đảm bảo an toàn vận hành là phải quan sát thận trọng quy trình tiến hành các thao tác công nghệ của tất cả các công đoạn.Quy trình thao tác bao gồm các phương pháp tiến hành nhằm bảo đảm an toàn vận hành tối đa trên một thiết bị cụ thể, khi khảo sát những điều kiện tiến hành các quy trình loại trừ được khả năng cháy nổ, chấn thương nhiễm độc. Để cho thiết bị hoạt động tốt các phân xưỡng cần phải sáng sủa và rộng rải. Để an toàn cần sơn các đường ống dẫn thành những màu để đoán nhận theo nhóm các chất được vận chuyển. 9.1.3. Các trạm khí nén Các máy nén khí thường đặt riêng biệt trong các toà nhà một tầng,được thiết kế theo yêu cầu “ tiêu chuẩn phòng cháy .Khi thiết kế xây dựng các xí nghiệp công nghiệp và các vùng dân cư” và “ tiêu chuẩn vệ sinh khi thiết kế các xí nghiệp công nghiệp” cần ngăn các phòng của trạm khí nén không có tầng mái , dễ tháo, tỉ lệ diện tích cửa sỗ, cửa vào ra, cửa trời chiếm 0,05m2 cho 1m2 phòng . Mỗi máy nén đều trang bị hệ thống an toàn, bảo đảm hệ thống tín hiệu ánh sáng và âm thanh khi ngừng nạp nước lạnh, khi tăng nhiệt độ khí nén cao hơn nhiệt độ cho phép và để đảm bảo ngừng máy một cách tự động khi giảm áp suất dầu. 9.1.4. Các máy lọc để làm sạch và thu hồi khí, bụi Sự nhiễm bẩn không khí xảy ra trong các phòng tập trung các loại thiết bị để cấy, lên men, sấy, nghiền . Để làm sạch không khí khỏi các chất nhiễm bẩn công nghiệp thường sử dụng các thiết bị thu gom các khí-bụi. Thiết bị để làm sạch các khí dể bốc cháy hay các chất dể nỗ được trang bị phù hợp với các bộ luật an toàn có tính đến sự đảm bảo làm sạch liên tục . 9.1.5. Thanh trùng Được đặt trong các phòng riêng biệt, xung quang có khoảng trống với chiều rộng lớn hơn 1,5m. 9.1.6. Các biện pháp an toàn khi sử dụng các cơ cấu vận chuyển Để an toàn cho hoạt động của gầu tải, băng tải tất cả các cơ cấu dẫn động cần phải có lưới chắn không cho gầu tải, băng tải chuyển động khi lắp tháo rời, không cho phép tiến hành sữa chữa trong thời gian hoạt động của chúng. 9.2. Bảo vệ môi trường Bảo vệ thiên nhiên và sử dụng hợp lý các nguồn dự trữ trong điều kiện khai thác triệt để là một trong những nhiệm vụ mang tính xã hội, kinh tế quan trọng của mỗi quốc gia. Việc thu nhận các chế phẩm hoạt hoá sinh học có liên quan với sử dụng vi sinh vật khác nhau trong sản xuất. Phân tích các phế thải của xí nghiệp vi sinh vật đã khẳng định rằng: không khí và nước thải vào môi trường xung quanh cần phải tiến hành vô trùng. Hệ thống bảo vệ môi trường xung quanh bao gồm các thiết bị làm sạch không khí thải, nước rửa thải. 9.2.1. Làm sạch không khí Không khí thải vào khí quyển bị nhiểm các tế bào vi sinh vật, bị nhiểm cát bụi của các protein và các sản phẩm khác của tổng hợp vi sinh, được tạo ra trong giai đoạn lên men. Để giảm bụi của khí thải, thường sử dụng các máy lọc khí. 9.2.2. Làm sạch nước thải Quá trình công nghệ thu nhận các sản phẩm vi sinh tổng hợp đòi hỏi phải sử dụng một lượng lớn nước, chính một lượng nước này bị nhiễm bẩn bởi các vi sinh vật độc hại, bởi các muối khoáng và các cấu tử hữu cơ. Độ nhiễm bẩn của dòng nước được đánh giá theo hai chỉ số: COD và BOD (COD - lượng Oxy (mg) để oxy hoá hoàn toàn tất cả các chất nhiễm bẩn hoá học có trong một lít nước thải và BOD -lượng Oxy (mg), mà các vi sinh vật sử dụng để oxy hoá các chất hữu cơ có trong một lít nước thải).  CHƯƠNG X KẾT LUẬN Hiện nay nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển đời sống người dân không ngừng được nâng cao và ngày càng có nhiều nhu cầu mới được đặt ra trong xã hội. Xu hướng phát triển của thế giới hiện nay đang đề cao lĩnh vực công nghệ sinh học nó là nguồn lực to lớn nhằm cải tạo tự nhiên nhằm phục vụ cho con người theo chiều hướng có lợi nhất mà không gây hại cho môi trường sống của con người. Nước ta cũng đã và đang đầu tư theo chiều hướng này. Hiện nay ở nước ta đã có rất nhiều sản phẩm là ứng dụng của công nghệ sinh học, tuy nhiên vẫn còn nhiều sản phẩm vẫn nhập từ nước ngoài hoặc trong nước đã có nhưng hạn chế. Trong đó acid glutamic là sản phẩm có nhiều ứng dụng trong y dược, thực phẩm, mỹ phẩm và các phòng thí nghiệm nhưng nước ta vẫn chưa có nhà máy sản xuất. Sau hơn 3 tháng nghiên cứu tài liệu, học hỏi, cố gắng cùng với sự hướng dẫn của cô Trương Thị Minh Hạnh đến nay tôi đã hoàn thành tập đồ án với đề tài: "Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg/ngày" Đây là một nhà máy sản xuất chính thức sản xuất mặt hàng acid glutamic ở nước ta, và có khả năng thực tiễn lớn nhằm giải quyết thị trường trong nước. Trong quá trình thiết kế tôi đã nắm được những vấn đề về công nghệ sản xuất của nhà máy hoá chất cũng như áp dụng được những kiến thức đã học. Tuy nhiên với thời gian thiết kế còn hạn hẹp tài liệu trong nước còn ít, cùng với sự hạn hẹp về chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn nên tập đồ án này không tránh khỏi những sai sót, kính mong quí thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để tập đồ án này ngày một hoàn chỉnh hơn. Đà Nẵng, tháng 5/2008 Sinh viên thực hiện: Trương Thanh Nhi TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1.Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2003), Vi sinh vật học, NXB Giáo Dục. 2. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập 1, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 3. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập 2, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 4. Trương Thị Minh Hạnh (2004), Giáo trình sản xuất axít amin, ĐHBK Đà Nẵng. 5. PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền (2004), Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội. 6. Lê Văn Hoàng (2004), Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. 7.Nguyễn Đức Lượng (2002), Vi sinh vật công nghiệp, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 8.Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm (1992), Tập 1, NXB Đại học và kỹ thuật Hà Nội. 9.Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm (1992), Tập 2, NXB Đại học và kỹ thuật Hà Nội. 10.TS. Nguyễn Xuân Phương, TSKH. Nguyễn Văn Thoa (2005), Cơ sở lý thuyết và kỹ thuật sản xuất thực phẩm, NXB Giáo Dục. 11. Phan Sâm (1985), Sổ tay kỹ thuật nồi hơi, NXB Hà Nội. 12. Nguyễn Viễn Sum (1996), Sổ tay kỹ thuật điện chiếu sáng, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. 12. Trần Minh Tâm (1995), Công nghệ vi sinh ứng dụng, NXB Nông Nghiệp. 13. Đồng Thị Thanh Thu (2000), Sinh hoá ứng dụng, NXB ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. 14. Trần Thế Truyền (1999), Cơ sở thiết kế nhà máy hóa chất, Khoa Hóa ĐHBK Đà Nẵng. 15. Trần Thế Truyền (1999), Kiến trúc công nghiệp, NXB Đà Nẵng. Tiếng Nga 16.Ц..Ρ.ЗąЙЧИΚ(1997),ΟЂΟΥДΟΒАΗИЕПΡΕДПΡИЯТИЙ ΒИΗΟДΕЛЂЧΕСΚΟЙ ΠΡΟΜЫΙΙΙЛΕΗΗΟСΤИ̦̦ Μоскьа. Web 17. http//:ajinomoto.org, tra ngày 19/2/2008. 18.http//:physchem.ox.ac.uk/MSDS/GL/l-glutamic_acid.htm,tra 19/2/2008. 19. http//:vedan.com, tra ngày 19/2/2008. 20. http//:Watersurplus.com, tra ngày 20/2/2008. 21. http//:www.alibaba.com, tra ngày 5/3/2008; 1/5/2008. 22. http//:www.chinatianli.com, tra ngày 6/3/2008. 23. http//:www.sayde.org, tra ngày 8/3/2008. 24. http//:www.sh-huamao.com, tra ngày 2/5/2008.  MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 2 CHƯƠNG II CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 4 2.1. Chọn phương pháp sản xuất 4 2.2. Phương pháp lên men 5 2.3. Chủng vi sinh vật 6 2.4. Qui trình sản xuất acid glutamic 7 2.5. Thuyết minh qui trình sản xuất 8 CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 19 3.1. Giả thuyết 19 3.2. Biểu đồ sản xuất 19 3.3. Cân bằng vật liệu 20 3.4. Tổng kết 27 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 28 4.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu 28 4.2. Thùng pha chế dịch lên men 37 4.3. Thiết bị thanh trùng và làm nguội 38 4.4. Thiết bị lên men 39 4.5. Thiết bị nhân giống 39 4.6. Thùng chứa dịch sau lên men 41 4.7. Thiết bị trao đổi ion 42 4.8. Cation resin 43 4.9. Thiết bị kết tinh 43 4.10. Thiết bị ly tâm 44 4.11. Thiết bị sấy 44 4.12. Thiết bị đóng gói 45 4.13. Thiết bị lọc không khí, máy nén và quạt làm nguội 46 4.14. Thùng chứa dịch hồi lưu ly tâm 47 4.15. Sàn rung phân loại 47 4.16. Thiết bị vận chuyển 48 4.17. Chọn bơm 50 CHƯƠNG V TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG 56 5.1. Tính tổ chức 56 5.2. Tính xây dựng 59 CHƯƠNG VI TÍNH HƠI, ĐIỆN, NƯỚC 67 6.1. Tính hơi 67 6.2. Tính điện 84 6.3. Tính chi phí nhiên liệu 90 6.4. Tính nước 91 CHƯƠNG VII TÍNH KINH TẾ 92 7.1. Tính tiền lương 92 7.2. Tiền bảo hiểm xã hội 92 7.3. Vốn đầu tư xây dựng 92 7.4. Vốn đầu tư cho thiết bị 93 7.5. Vốn đầu tư mua nguyên liệu và nhiên liệu 96 7.6. Tính hiệu quả kinh tế 98 CHƯƠNG VIII KIỂM TRA SẢN PHẨM VÀ SẢN XUẤT 99 8.1. Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu 99 8.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất 99 8.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm 101 CHƯƠNG IX AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT 102 9.1. An toàn lao động 102 9.2. bảo vệ môi trường 104 CHƯƠNG X KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO